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Technique Neuve pour Fabriquer les Membranes Flexibles de Polymère avec des Tunnels de Subnanometer

Published on January 13, 2011 at 12:50 AM

Beaucoup de futurologues envisagent un monde en lequel des membranes de polymère avec les tunnels de taille moléculaire sont utilisées pour capturer le carbone, les essences solaires de produit, ou l'eau de mer de dessalement, parmi beaucoup d'autres fonctionnements.

Ceci exigera les méthodes par lesquelles de telles membranes peuvent être promptement fabriquées en quantité en vrac. Une technique représentant un premier dévolteur significatif que la route a été maintenant avec succès expliquée.

L'Image (a) est une image d'AFM d'une membrane de polymère dont le noyau sombre correspond aux nanotubes organiques. (b) est un TEM affichant une membrane sous-cheminée avec les nanotubes organiques cerclés en rouge. La Vignette affiche changer de plan-dans l'image d'un nanotube unique.

Les Chercheurs avec le Ministère De L'énergie des États-Unis le Laboratoire National de Lawrence Berkeley (Laboratoire de Berkeley) et l'Université de Californie (UC) Berkeley ont développé une méthode solution-basée pour induire l'en kit des membranes flexibles de polymère avec les tunnels fortement alignés de subnanometer. Entièrement Compatible avec des procédés commerciaux de membrane-fabrication, on pense que cette technique neuve est le premier cas des nanotubes organiques fabriqués dans une membrane fonctionnelle au-dessus des distances macroscopiques.

« Nous avons utilisé nanotube-former des cyclopeptides et des copolymères en bloc pour expliquer une technique dirigée de Co-assemblage pour fabriquer les membranes poreuses de subnanometer au-dessus des distances macroscopiques, » dit Teintent Xu, un scientifique de polymère qui a abouti ce projet. « Cette technique devrait nous permettre de produire des films minces poreux à l'avenir où la taille et la forme des tunnels peuvent être réglées par la structure moléculaire des nanotubes organiques. »

Xu, qui retient des rendez-vous communs avec la Division de Sciences Des Matériaux Du Laboratoire de Berkeley et les Services du Berkeley d'Université de Californie des Scientifiques et Techniques de Matériaux, et de la Chimie, est l'auteur important d'un article décrivant ce travail, qui a été publié dans le Nano du tourillon ACS. Le papier est intitulé « les Films Minces Poreux de Subnanometer par le Co-Assemblage des Sous-unités de Nanotube et des Copolymères en Bloc. »

Co-Écrivant le papier avec Xu étaient Nana Zhao, Feng Ren, Rami Hourani, Ming Tsang Lee, Jessica Shu, Samuel Mao, et Barres de Brett, qui est avec la Fonderie Moléculaire, un centre de nanoscience de DAINE hébergé au Laboratoire de Berkeley.

Les membranes Acheminées sont une de la nature les inventions les plus intelligentes et les plus importantes. Les Membranes percées avec le subnanometer chemine la ligne l'extérieur et l'intérieur d'une cellule biologique, réglant - en vertu de la taille - le transport des molécules et des ions essentiels dans, par, et hors de la cellule. Cet même élan retient l'énorme potentiel pour un large éventail de technologies humaines, mais le défi avait trouvé des moyens rentables d'installer les tunnels vertical-alignés de subnanometer au-dessus des distances macroscopiques sur les substrats flexibles.

« Obtenant le contrôle de niveau moléculaire de la taille de pore, de la forme, et de la chimie de surface des tunnels dans des membranes de polymère a été vérifié en travers de beaucoup de disciplines mais est resté un goulot d'étranglement critique, » Xu dit. « Des films Composés ont été fabriqués utilisant des nanotubes préformés de carbone et la zone effectue les progess rapides, cependant, elle présente toujours un défi pour installer des nanotubes préformés normaux à la surface de film au-dessus des distances macroscopiques. »

Pour leurs tunnels de subnanometer, Xu et son organisme de recherche ont utilisé les nanotubes organiques naturellement constitués par des cyclopeptides - les réseaux de protéine de polypeptide qui connectent à l'un ou l'autre d'extrémité pour effectuer un cercle. À La Différence des nanotubes préformés de carbone, ces nanotubes organiques sont le « réversible, » qui signifie que leur taille et orientation peut être facilement modifiée pendant le procédé de fabrication. Pour la membrane, Xu et ses collaborateurs ont utilisé des copolymères en bloc - de longues séquences ou « cases » d'un type de limite de molécule de monomère aux cases d'un autre type de molécule de monomère. Juste comme les cyclopeptides auto-assemblent dans des nanotubes, les copolymères en bloc auto-assemblent dans des alignements bien définis de nanostructures au-dessus des distances macroscopiques. Un polymère en covalence lié au cyclopeptide a été employé en tant que « médiateur » pour gripper ensemble ces deux systèmes auto-assemblants

« Le conjugué de polymère est la clé, » Xu dit. « Elle règle la surface adjacente entre les cyclopeptides et les copolymères en bloc et synchronise leur en kit. Le résultat est que les tunnels de nanotube se développent seulement dans le cadre de la membrane de polymère. Quand vous pouvez faire fonctionner tout ensemble de cette façon, le procédé devient réellement très simple. »

Xu et ses collègues pouvaient fabriquer les membranes poreuses de subnanometer mesurant plusieurs centimètres à travers et comportant des choix à haute densité de tunnels. Les tunnels ont été testés par l'intermédiaire des mesures de transport de gaz de dioxyde de carbone et de neopentane. Ces tests ont confirmé que le permeance était plus élevé pour les molécules plus petites de dioxyde de carbone que pour les molécules plus grandes du neopentane. La prochaine phase sera d'employer cette technique pour effectuer des membranes plus épaisses.

« Théoriquement, il n'y a aucune limitation de taille pour notre technique tellement là ne devrait être aucun problème en effectuant des membranes au-dessus de vaste zone, » Xu dit. « Nous sommes excités parce que nous croyons que ceci explique la faisabilité de synchroniser des procédés en kit multiples en réglant des interactions secondaires entre différents composants. Notre travail ouvre une avenue neuve à réaliser les structures hiérarchisées dans un système à plusieurs éléments simultanément, qui consécutivement devrait aider surmonte le goulot d'étranglement à réaliser les matériaux fonctionnels utilisant un élan ascendant. »

Source : http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 13:37

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