有选择性的 Graphene 膜通过利用自然 Nanopore 缺陷: 与 Rohit Karnik 教授的一次面试

执行的面试将 Soutter

对应的作者: Rohit Karnik, karnik@mit.edu 教授
机械工程 MIT 副教授,

在此想法领导先锋面试, Rohit Karnik 教授从 MIT 的告诉将关于他的工作的 Soutter 在 graphene 膜。 Karnik 教授的小组最近发现化学气相沉积导致的 graphene 不是理想,至善至美的表面,但是包含内在 nanopores,可能允许 graphene 为有非常高流速的有选择性的膜使用。

WS : 您能否产生我们简要简介您的在 graphene 膜的工作?

RK : 我们发展使用 graphene 作为有选择性的材料的功能膜。 在我们的最近的工作,在纳诺的 ACS 被发布了,我们制造了化学气相沉积增长的2 graphene 一块 25 mm 层在 (CVD)多孔聚碳酸酯纤维膜技术支持被安置的 graphene 膜。 我们发现 CVD graphene 有在 1-15 毫微米范围范围的内在漏洞,择优地允许更小的分子运输,阻拦更大那些。

WS : 什么首先使您决定与 graphene 一起使用?

RK : 当我们开始考虑水净化的膜超过三年前, graphene 有吸引力归结于其卓越的机械力量和基本缩放比例厚度。 研究向显示原始 graphene 是不渗透性的甚而对氦气,但是也知道 graphene 可能包含缺陷。

膜的非常低厚度预计提供高流速,而这个能力持续毛孔缺陷意味 graphene 有潜在选择性地允许离子或分子通过通过。

这些毛孔可能可能地有不同的范围和官能团,由现有的膜使 graphene 相当明显。 我们盼望它陈列使用其他材料,不可能容易地达到的有趣输运性质。 其次,生产 graphene 膜比由其他 nanomaterials 做的膜简单。

这些方面做 graphene 膜新的选件类的一个非常明显和有为的平台,因此,并且我们开始从事往 graphene 膜的实用的认识。

在我们在此区后开始了工作,使用计算机模拟,其他组显示了 graphene 潜在气体分隔和除矿物的,并且组通过微观 graphene 膜最近观察了有选择性的气体运输。 这些发展很好预示在远期 graphene 膜。

WS : 没人为什么能以前发现和分析在 graphene 影片的这些缺陷?

RK : Graphene 研究由在电子和 photonics 的应用控制。 在这种情况下,我们比其他功能观察较不重要的更大的不相当是毛孔) 的毛孔例如晶界,边缘、点缺陷 (和界面。 加号, CVD graphene,可以被综合在大区,为电子应用拙劣地执行并且是无条件在 graphene 的更加原始的表单

然而, CVD graphene 是可能的用于膜由于制造其可缩放性和方便。 允许分子因此的更大的毛孔通过只是明显的,当实际运输评定在被制造的膜做由 CVD graphene。 

其次,在想象期间时,当电子束发光对此想象 graphene 臭名远扬地困难归结于其透明度对电子,倾向获得损坏由用于多数传输电子显微镜的电压和倾向吸引污染物。

达到对 graphene 范例的基本解决方法要求是非常少见的专门化的显微镜,和不容易访问对研究员。 我们是幸运的与橡树岭国家实验室的 Idrobo 博士合作,使我们形象化与基本解决方法的这些毛孔。

WS : 您能否概述一些此发现的潜在的应用?

RK : 我首先看到我们的工作在实用的 graphene 膜的发展。 我们做或许的膜限制了实用程序以其当前形式,但是这个工作展示创建大区选择性由在 graphene 一块基本厚实的层的毫微米缩放比例毛孔给予的 graphene 膜可行性。

特别是因为更多控制达到对在 graphene的毛孔这个域从这里是大开。 潜在的应用包括生物或其他范例的滤清与减少的加工时间、高流速滤水器去除病原生物或污染物,水除矿物,气体分隔和其他的。

WS : graphene 膜的较大规模的商务应用无疑将是某个的方式在那里为探险将被打开的所有胶小量应用或研究大道?

RK : 我认为例如可能有在小规模的一些可访问的实际应用 -,分子量生物应用的截止膜。 在这种情况下, graphene 膜可能极大减少加工时间由于高流速。 生物范例是消耗大的,并且膜被处理,在第一使用防止污秽,因此可用的好处这是可能地巨大的后。

另一个可能性是可移植的滤水器。 这些的棒应用低于象大规模逆渗透作用除矿物膜的保护的应用。 Graphene 膜可能首先击穿这些更小的市场。 然而,谁知道什么新的创新和应用可能出来?

WS : 毛孔属性在 graphene 的如何被控制配合这些广泛变化的方案?

RK : 这些是控制在 graphene 的毛孔的几个可能性。 从科罗拉多大学的一个组最近向显示氧化蚀刻的类型给予气体选择性对 graphene 微观区。 其他在微观区向显示离子或电子炮击可能创建和生长毛孔,但是再。

相似的方法能适用于这些更大的区膜? 是,如果我们使用一些聪明的途径使流经减到最小内在背叛。 什么我们查找了是内在缺陷占少于 1% graphene 区。 该留下将设计的保持的 99% 与毛孔。 这些毛孔可能进一步 functionalized 用不同的化工组和材料调整他们的选择性。

达到受控输运性质的关键字通过定制毛孔在的膜结构发展将在消灭或使减到最小 “由支撑材料适当的选择泄漏”,否则通过其它方法。

WS : 将是什么在您自己的研究的以下步骤?

RK : 我们是在 controllably 生成毛孔的方法的当前工作,并且展示实际通过 graphene 膜流经小的分子或盐的滤清 (在我们集中于扩散通过膜) 的当前工作。

WS : 我们在哪里可以找到关于您的工作的更多信息?

RK : 您能读更多关于我们的在纳诺的 ACS 的工作。 我们的研究小组网站也被保持更新与我们的最新的发行。

点击这里发现更多关于在 AZoNano 的 graphene nanopores

 

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

Last Update: 8. January 2013 11:50

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