有選擇性的 Graphene 膜通過利用自然 Nanopore 缺陷: 與 Rohit Karnik 教授的一次面試

執行的面試將 Soutter

對應的作者: Rohit Karnik, karnik@mit.edu 教授
機械工程 MIT 副教授,

在此想法領導先鋒面試, Rohit Karnik 教授從 MIT 的告訴將關於他的工作的 Soutter 在 graphene 膜。 Karnik 教授的小組最近發現化學氣相沉積導致的 graphene 不是理想,至善至美的表面,但是包含內在 nanopores,可能允許 graphene 為有非常高流速的有選擇性的膜使用。

WS : 您能否產生我們簡要簡介您的在 graphene 膜的工作?

RK : 我們發展使用 graphene 作為有選擇性的材料的功能膜。 在我們的最近的工作,在納諾的 ACS 被發布了,我們製造了化學氣相沉積增長的2 graphene 一塊 25 mm 層在 (CVD)多孔聚碳酸酯纖維膜技術支持被安置的 graphene 膜。 我們發現 CVD graphene 有在 1-15 毫微米範圍範圍的內在漏洞,擇優地允許更小的分子運輸,阻攔更大那些。

WS : 什麼首先使您決定與 graphene 一起使用?

RK : 當我們開始考慮水淨化的膜超過三年前, graphene 有吸引力歸結於其卓越的機械力量和基本縮放比例厚度。 研究向顯示原始 graphene 是不滲透性的甚而對氦氣,但是也知道 graphene 可能包含缺陷。

膜的非常低厚度預計提供高流速,而這個能力持續毛孔缺陷意味 graphene 有潛在選擇性地允許離子或分子通過通過。

這些毛孔可能可能地有不同的範圍和官能團,由現有的膜使 graphene 相當明顯。 我們盼望它陳列使用其他材料,不可能容易地達到的有趣輸運性質。 其次,生產 graphene 膜比由其他 nanomaterials 做的膜簡單。

這些方面做 graphene 膜新的選件類的一個非常明顯和有為的平臺,因此,并且我們開始從事往 graphene 膜的實用的認識。

在我們在此區後開始了工作,使用計算機模擬,其他組顯示了 graphene 潛在氣體分隔和除礦物的,并且組通過微觀 graphene 膜最近觀察了有選擇性的氣體運輸。 這些發展很好預示在遠期 graphene 膜。

WS : 沒人為什麼能以前發現和分析在 graphene 影片的這些缺陷?

RK : Graphene 研究由在電子和 photonics 的應用控制。 在這種情況下,我們比其他功能觀察較不重要的更大的不相當是毛孔) 的毛孔例如晶界,邊緣、點缺陷 (和界面。 加號, CVD graphene,可以被綜合在大區,為電子應用拙劣地執行并且是無條件在 graphene 的更加原始的表單

然而, CVD graphene 是可能的用於膜由於製造其可縮放性和方便。 允許分子因此的更大的毛孔通過只是明顯的,當實際運輸評定在被製造的膜做由 CVD graphene。 

其次,在想像期間時,當電子束發光對此想像 graphene 臭名遠揚地困難歸結於其透明度對電子,傾向獲得損壞由用於多數傳輸電子顯微鏡的電壓和傾向吸引汙染物。

達到對 graphene 範例的基本解決方法要求是非常少見的專門化的顯微鏡,和不容易訪問對研究員。 我們是幸運的與橡樹嶺國家實驗室的 Idrobo 博士合作,使我們形象化與基本解決方法的這些毛孔。

WS : 您能否概述一些此發現的潛在的應用?

RK : 我首先看到我們的工作在實用的 graphene 膜的發展。 我們做或許的膜限制了實用程序以其當前形式,但是這個工作展示創建大區選擇性由在 graphene 一塊基本厚實的層的毫微米縮放比例毛孔給予的 graphene 膜可行性。

特別是因為更多控制達到對在 graphene的毛孔這個域從這裡是大開。 潛在的應用包括生物或其他範例的濾清與減少的加工時間、高流速濾水器去除病原生物或汙染物,水除礦物,氣體分隔和其他的。

WS : graphene 膜的較大規模的商務應用無疑將是某個的方式在那裡為探險將被打開的所有膠小量應用或研究大道?

RK : 我認為例如可能有在小規模的一些可訪問的實際應用 -,分子量生物應用的截止膜。 在這種情況下, graphene 膜可能極大減少加工時間由於高流速。 生物範例是消耗大的,并且膜被處理,在第一使用防止汙穢,因此可用的好處這是可能地巨大的後。

另一個可能性是可移植的濾水器。 這些种的棒應用低於像大規模逆滲透作用除礦物膜的保護的應用。 Graphene 膜可能首先擊穿這些更小的市場。 然而,誰知道什麼新的創新和應用可能出來?

WS : 毛孔屬性在 graphene 的如何被控制配合這些廣泛變化的方案?

RK : 這些是控制在 graphene 的毛孔的幾個可能性。 從科羅拉多大學的一個組最近向顯示氧化蝕刻的類型給予氣體選擇性對 graphene 微觀區。 其他在微觀區向顯示離子或電子砲擊可能創建和生長毛孔,但是再。

相似的方法能適用於這些更大的區膜? 是,如果我們使用一些聰明的途徑使流經減到最小內在背叛。 什麼我們查找了是內在缺陷佔少於 1% graphene 區。 該留下將設計的保持的 99% 與毛孔。 這些毛孔可能進一步 functionalized 用不同的化工組和材料調整他們的選擇性。

達到受控輸運性質的關鍵字通過定製毛孔在的膜結構發展將在消滅或使減到最小 「由支撐材料適當的選擇洩漏」,否则通過其它方法。

WS : 將是什麼在您自己的研究的以下步驟?

RK : 我們是在 controllably 生成毛孔的方法的當前工作,并且展示實際通過 graphene 膜流經小的分子或鹽的濾清 (在我們集中於擴散通過膜) 的當前工作。

WS : 我們在哪裡可以找到關於您的工作的更多信息?

RK : 您能讀更多關於我們的在納諾的 ACS 的工作。 我們的研究小組網站也被保持更新與我們的最新的發行。

點擊這裡發現更多關於在 AZoNano 的 graphene nanopores

 

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

Last Update: 8. January 2013 11:51

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