Neue Technik für die Fabrikation von Flexiblen Polymer-Membranen mit Subnanometer-Kanälen

Published on January 13, 2011 at 12:50 AM

Viele Futuristen stellen sich eine Welt, in der Polymermembranen mit molekular-groß Kanälen verwendet werden, um Kohlenstoff, Solar-basierte Kraftstoffe des Erzeugnisses oder Entsalzungsmeerwasser zu erfassen, unter vielen anderen Funktionen vor.

Dieses benötigt Methoden, durch die solche Membranen in den Massenmengen betriebsbereit fabriziert werden können. Eine Technik, die ein beträchtliches erstes Abwärts darstellt, dass Strecke jetzt erfolgreich demonstriert worden ist.

Bild (a) ist ein FLUGHANDBUCH-Bild einer Polymermembran, deren dunkler Kern organischen nanotubes entspricht. (b) ist ein TEM, das eine unter-gelenkte Membran mit den organischen nanotubes zeigt, die im Rot eingekreist werden. Einfügung stellt laut summen-im Bild eines einzelnen nanotube dar.

Forscher mit der US-Abteilung von Nationalem Laboratorium des Lawrence Berkeley der Energie (Berkeley-Labor) und das University of California (UC) Berkeley haben eine Lösung-basierte Methode für die Veranlassung des Selbstbaus der flexiblen Polymermembranen mit in hohem Grade ausgerichteten subnanometer Kanälen entwickelt. Völlig - kompatibel mit Handels-Membranfälschung Prozessen, wird diese neue Technik geglaubt, um das erste Beispiel von den organischen nanotubes zu sein, die in eine Funktionsmembran über makroskopischen Abständen fabriziert werden.

„Wir haben die nanotube-Formung von zyklischen Peptiden verwendet und die Blockcopolymere, zum einer verwiesenen Miteinheit Technik für die Fabrikation subnanometer von porösen Membranen über makroskopischen Abständen zu demonstrieren,“ sagt Tönen Xu, einen Polymerwissenschaftler, der dieses Projekt führte. „Diese Technik sollte uns aktivieren, poröse Dünnfilme in der Zukunft zu erzeugen, wo die Größe und die Form der Kanäle durch die Molekülstruktur der organischen nanotubes hergestellt werden können.“

Xu, der gemeinsame Verabredungen mit die Material-Wissenschafts-Abteilung Berkeley-Labors und des den Abteilungen University of Californias Berkeleys von Material-Wissenschaften und Technik und Chemie anhält, ist der führende Autor eines Papiers, das diese Arbeit beschreibt, die im Nano Zapfen ACS veröffentlicht worden ist. Das Papier wird betitelt „Poröse Dünnfilme Subnanometer durch die Mit-Einheit von Nanotube-Untereinheiten und von Block-Copolymeren.“

das Papier mit Xu Mit-Schreibend, waren Nana Zhao, Feng Ren, Rami Hourani, Ming Tsang Lee, Jessica Shu, Samuel Mao und Brett-Helme, der mit der Molekularen Gießerei ist, eine DAMHIRSCHKUH nanoscience Mitte, die an Berkeley-Labor bewirtet wurde.

Gelenkte Membranen sind eine der klügste und wichtigste Natur Erfindungen. Die Membranen, die mit subnanometer durchlöchert werden, kanalisiert Zeile das Äußere und der Innenraum einer biologischen Zelle und steuert - aufgrund der Größe - den Transport von wesentlichen Molekülen und von Ionen, durch und aus in die Zelle heraus. Dieser gleiche Anflug hält enormes Potenzial für eine große Auswahl von menschlichen Technologien an, aber die Herausforderung hat kosteneffektive Mittelwerte des Orientierens von vertikal-ausgerichteten subnanometer Kanälen über makroskopischen Abständen auf flexiblen Substratflächen gefunden.

„Molekulare Aussteuerung über der Porengröße, der Form und der Oberflächenchemie von Kanälen in den Polymermembranen Erhalten, ist nachgeforscht worden, über vielen Disziplinen aber ist ein kritischer Engpass geblieben,“ sagt Xu. „Zusammengesetzte Filme sind unter Verwendung vorgeformter Kohlenstoff nanotubes fabriziert worden und der Bereich macht schnelle progess, jedoch stellt er noch eine Herausforderung Orient vorformte die nanotubes dar, die normal sind zur Filmoberfläche über makroskopischen Abständen.“

Für ihre subnanometer Kanäle verwendeten Xu und ihre Forschungsgruppe die organischen nanotubes, die natürlich durch zyklische Peptide - Polypeptidproteinketten gebildet wurden, die an jedem Ende anschließen, um einen Kreis zu machen. Anders Als vorgeformte Kohlenstoff nanotubes sind diese organischen nanotubes „Reversible,“ bedeutet der, dass ihre Größe und Orientierung während des Fälschungsprozesses leicht geändert werden kann. Für die Membran verwendeten Xu und ihre Mitarbeiter Blockcopolymere - lange Reihenfolgen oder „Blöcke“ von einem Baumuster Monomeremolekülgrenze zu den Blöcken eines anderen Baumusters Monomeremolekül. Gerade während zyklische Peptide in nanotubes selbst-zusammenbauen, selbst-bauen Blockcopolymere in gut definierte Reihen nanostructures über makroskopischen Abständen zusammen. Ein Polymer, das kovalent mit dem zyklischen Peptid verbunden wurde, wurde als „Vermittler“ verwendet, um diese zwei selbst-zusammenbauenden Anlagen zusammen zu binden

„Das Polymerparonym ist die Taste,“ sagt Xu. „Sie steuert die Schnittstelle zwischen den zyklischen Peptiden und den Blockcopolymeren und synchronisiert ihren Selbstbau. Das Ergebnis ist, dass nanotube Kanäle nur im Rahmen der Polymermembran wachsen. Wenn Sie alles auf diese Weise zusammenarbeiten lassen können, wird der Prozess wirklich sehr einfach.“

Xu und ihre Kollegen waren in der Lage, subnanometer poröse Membranen zu fabrizieren, die herüber einige Zentimeter messen und Reihen mit hoher Schreibdichte Kanäle kennzeichnen. Die Kanäle wurden über Gastransportmaße des Kohlendioxyds und des neopentane geprüft. Diese Prüfungen bestätigten, dass Permeance für die kleineren Kohlendioxydmoleküle als für die größeren Moleküle von neopentane höher war. Der nächste Schritt ist, diese Technik zu verwenden, um stärkere Membranen herzustellen.

„Theoretisch, gibt es keine Größenbeschränkungen für unsere Technik sollte kein Problem so dort sein, wenn man Membranen über großem Gebiet herstellt,“ sagt Xu. „Wir sind aufgeregt, weil wir glauben, dass dieses die Möglichkeit des Synchronisierens von mehrfachen Selbstbauprozessen zeigt, indem es Sekundärinteraktionen zwischen einzelnen Bauteilen herstellt. Unsere Arbeit öffnet eine neue Allee zu Baumstrukturen in einer Mehrkomponenten- Anlage gleichzeitig erzielen, die der Reihe nach helfen sollte ausgleichen den Engpass zum Erzielen von Funktionsmaterialien unter Verwendung eines bottom-up-Anfluges.“

Quelle: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 13:40

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