Selektiva Graphene Membran, genom att Exploatera Naturliga Nanopore, Hoppar av: En Intervju med Prof. Rohit Karnik

Intervju som föras av Will Soutter

Motsvarande Författare: Professor Rohit Karnik, karnik@mit.edu
Förbunden Professor av Maskinlära, MIT

I denna TankeLedareintervju berättar Prof Rohit Karnik från MIT Ska Soutter om hans arbete på graphenemembran. Laget för Prof. Karniks upptäckte för en tid sedan, att graphene som produceras av kemisk dunstavlagring inte är en göra perfekt, prickfritt ytbehandlar, men innehåller inneboende nanopores, som kan låta graphene användas för selektiva membran med kickflöde klassar mycket.

WS: Kan du ge oss en kort inledning till ditt arbete på graphenemembran?

RK: Vi framkallar funktionella membran som använder graphene som det selektiva materiellt. I vårt nya arbete som har publicerats i Nano ACS, fabricerade vi graphenemembran var ett en mmlagrar för singel2 25 av graphene som är fullvuxet vid kemisk dunstavlagring, (CVD) förläggas på en porös polycarbonatemembranservice. Vi grundar att CVD-graphenen hade inneboende spela golfboll i hål i 1en-15 nm storleksanpassar spänner, som prioriterat tillåten transport av mindre molekylstund blockera större.

WS: Gjorde Vad först dig att avgöra att fungera med graphene?

RK: Då vi startade tänkande om membran för att bevattna purification mer än tre år sedan, var graphene attraktiv tack vare dess anmärkningsvärda mekaniska styrka- och atom--fjäll tjocklek. Forskning hade visat att pristine graphene är impermeable även till helium, men det var också bekant att graphene kan innehålla hoppar av.

Den mycket låga tjockleken av membranet förväntas för att ge kickflöde klassar, fördriver kapaciteten att tåla por hoppar av betytt att graphene hade det potentiellt som låter selektivt joner eller molekylar passera igenom.

Dessa por kan potentiellt ha olikt storleksanpassar och funktionella grupper, som gör graphene ganska distinkt från existerande membran. Vi förväntade det för att ställa ut intressant transportrekvisita som inte kan lätt uppnås genom att använda andra material. Secondly är fabriceringen av graphenemembran enklare än membran som göras från andra nanomaterials.

Dessa aspekter gör graphene en mycket distinkt och lova plattform för ett nytt att klassificera av membran, och vi startade därför arbetet in mot praktiskt genomförande av graphenemembran.

Efter vi startade arbete i detta område, visade andra grupper att det potentiellt av graphene för gasar avskiljanden och desalination genom att använda datorsimuleringar, och en grupp precis observerade för en tid sedan selektivt för att gasa transport till och med mikroskopiska graphenemembran. Dessa utvecklingar som väl inför framtiden bidas mycket av graphenemembran.

WS: Varför ingen har varit kompetent att upptäcka, och hoppar av att karakterisera dessa i graphene filmar för?

RK: Graphene forskning domineras av applikationer i elektronik och photonics. I detta fall kantar pekar de större porna, som vi observerade är mindre viktiga, än andra särdrag liksom korngränser, hoppar av (som inte är ganska por) och har kontakt. Plusen CVD-graphene, som kan synthesizeds över stora områden, utför dåligt för elektroniska applikationer och gynnas mindre över mer pristine, bildar av graphene

Emellertid är lindrar CVD-graphene rimlig att användas i membran tack vare dess möjlighet att bestiga och av tillverkning. De större porna, som låter molekylar, var igenom därför endast tydliga, då faktiska transportmätningar gjordes på fabricerade membran från CVD-graphene. 

Secondly ökänt svårt det är att avbilda graphene tack vare dess stordia till elektroner, propensity att få skadadt vid spänningar som används i mest överföringselektronmikroskop och tendens att tilldra föroreningar, när en elektron strålar sken på den under att avbilda.

Uppnå atom- upplösning på graphene tar prov kräver specialiserade mikroskop, som är mycket sällsynta, och inte lätt tillgängligt till forskare. Vi var gynnsamma att samarbeta med Dr. Idrobo av Oak Ridge MedborgareLabb, som möjliggjorde oss för att visualisera dessa por med atom- upplösning.

WS: Kan du skissera några av potentiella applikationer av denna upptäckt?

RK: Jag ser vårt arbete som en första steg i utvecklingen av praktiska graphenemembran. Membranet, som vi har gjort kanske, har begränsat nytto- i dess gåva bildar, men arbetet visar feasibilityen av att skapa stor-område graphenemembran var selectivity ges av nanometer-fjäll por i ett atomically tjockt lagrar av graphene.

Sätta in är bred öppnar härifrån, som speciellt mer kontrollerar uppnås över porna i graphene. Potentiella applikationer inkluderar filtration av biologiskt, eller annan tar prov med förminskande att bearbeta tider, kickflöde klassar bevattnar filtrerar för att ta bort pathogens, eller föroreningar, bevattnar desalination, gasar avskiljanden och andra.

WS: Stor-Fjäll reklamfilmapplikationen av graphenemembran ska inget tvivel är någon långt av - finns forskar det några mindre fjällapplikationer eller avenyer som ska öppnas upp för utforskning?

RK: Jag funderare där kan vara några tillgängliga praktiskapplikationer på ett småskaligt - till exempel molekylärt väga snitt-avmembran för biologiska applikationer. I detta fall kan graphenemembran markant klippa besegrar på att bearbeta tid, tack vare som kickflödet klassar. Biologiskt tar prov är dyrt, och membranen ordnas av, efter första bruk att förhindra förorening, så de tillgängliga fördelarna har varit här potentiellt enorma.

En Annan möjlighet är bärbar bevattnar filtrerar. Bomma för för dessa sorter av applikationer är mycket lägre än mer befäste membran för desalination för osmosis för applikationnågot liknande storskaliga omvända. Graphene membran är rimliga att tränga igenom dessa mindre marknadsför först. Emellertid vet vem vilka nya innovationer och applikationer kan komma upp?

WS: Hur kan rekvisitan av por i graphene kontrolleras för att passa dessa brett varierande scenarion?

RK: Dessa är flera möjligheter som kontrollerar porna i graphene. En grupp från Universitetar av Colorado visade för en tid sedan att en typ av oxidative etsning ger gasar selectivity till mikroskopiska områden av graphene. Andra har visat, att jon- eller elektronbeskjutning kan skapa och växa por, men igen på mikroskopiska områden.

Kan liknande metoder appliceras till dessa membran för större område? Ja om vi använder något klyftigt, att närma sig för att minimera flödet till och med det inneboende hoppar av. Vad vi grundar, är att det inneboende hoppar av kontot för mer mindre än 1% av grapheneområdet. Det lämnar den återstående 99%en som ska iscensättas med por. Dessa por kan vidare functionalizeds med olika kemiska grupper och material för att trimma deras selectivity.

Det nyckel- till att uppnå kontrollerad transportrekvisita till och med ska skräddarsydda por ligger i utvecklingen av membranarkitekturer, som avlägsnar eller minimerar ”läcker” anslår by primat av servicematerial, eller vid annat hjälpmedel.

WS: Ska Vad kliver därefter i din egna forskning är?

RK: Vi är för närvarande funktionsdugliga på metoder controllably att frambringa por och att visa faktiskt flöde-till och med filtration av lilla molekylar eller saltar till och med graphenemembran (i det närvarande arbetet som vi fokuserade på diffusion till och med membranet).

WS: Var kan vi finna mer information om ditt arbete?

RK: Du kan läsa mer om vårt arbete i Nano ACS. Vår forskninggruppwebsite hålls också uppdaterad med våra senaste publikationer.

Klicka här för att finna ut mer om graphenenanopores på AZoNano.

 

Date Added: Oct 31, 2012 | Updated: Jan 8, 2013

Last Update: 8. January 2013 11:56

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit