Nieuwe Techniek om de Flexibele Membranen van het Polymeer met Kanalen Te Vervaardigen Subnanometer

Published on January 13, 2011 at 12:50 AM

Vele futurists voorzien een wereld waarin de polymeermembranen met moleculair-gerangschikte kanalen worden gebruikt om koolstof, opbrengs solar-based brandstoffen, of het ontzilten overzees water, onder veel andere functies te vangen.

Dit zal methodes vereisen waardoor dergelijke membranen gemakkelijk in bulkhoeveelheden kunnen worden vervaardigd. Een techniek die een significante eerste stap vertegenwoordigen - onderaan die weg nu met succes is aangetoond.

Het Beeld (a) is een beeld AFM van een polymeermembraan de waarvan donkere kern aan organische nanotubes beantwoordt. (b) is een TEM tonend een sub-gekanaliseerd membraan met organische die nanotubes in rood wordt omcirkeld. Het Bijvoegsel toont zoemen-in beeld van één enkele nanotube.

De Onderzoekers met het Nationale Laboratorium van Lawrence Berkeley van de Afdeling van de V.S. van Energie (het Laboratorium van Berkeley) en de Universiteit van Californië (UC) hebben Berkeley een op oplossing-gebaseerde methode ontwikkeld om de zelf-assemblage van flexibele polymeermembranen met hoogst gerichte subnanometerkanalen te veroorzaken. Volledig - het compatibele systeem met commerciële membraan-vervaardiging processen, wordt deze nieuwe techniek verondersteld om het eerste voorbeeld van organische die nanotubes te zijn in een functioneel membraan over macroscopische afstanden wordt vervaardigd.

„Wij hebben nanotube-vormt cyclische peptides gebruikt en de blokcopolymeren om een geleide mede-assemblagetechniek aan te tonen om subnanometer poreuze membranen over macroscopische afstanden te vervaardigen,“ zegt Ting Xu, een polymeerwetenschapper die dit project leidde. „Deze techniek zou ons moeten toelaten om poreuze dunne films in de toekomst te produceren waar de grootte en de vorm van de kanalen door de moleculaire structuur van organische nanotubes kunnen worden gemaakt.“

Xu, die gezamenlijke benoemingen met de Afdeling van de Wetenschappen van de Materialen van het Laboratorium van Berkeley en de Universiteit van de Ministeries van Californië Berkeley van de Wetenschappen en de Techniek van Materialen houden, en de Chemie, zijn de hoofdauteur die van een document dit werk beschrijven, dat in het Nano dagboek ACS is gepubliceerd. Het document is Poreuze Dunne Films met een adellijke titel „Subnanometer door de Co-Assemblage van Subeenheden Nanotube en de Copolymeren van het Blok.“

De co-Creatie het document met Xu was Roeren Nana Zhao, Feng Ren, Rami Hourani, Ming Tsang Lee, Jessica Shu, Samuel Mao, en Brett, die met de Moleculaire die Gieterij zijn, een nanosciencecentrum van DOE bij het Laboratorium van Berkeley wordt ontvangen.

De Gekanaliseerde membranen zijn één van knapste en belangrijke uitvindingen van de aard de. De Membranen met subnanometer worden geperforeerd kanaliseert lijn de buitenkant en het binnenland van een biologische cel, het controleren - krachtens grootte - het vervoer van essentiële molecules en ionen in, door, en uit de cel die. Deze zelfde benadering houdt enorm potentieel voor een brede waaier van menselijke technologieën, maar de uitdaging heeft een rendabel middel gevonden om verticaal-gerichte subnanometerkanalen over macroscopische afstanden op flexibele substraten te oriënteren.

„Het Verkrijgen van moleculaire niveaucontrole over de poriegrootte, de vorm, is en de oppervlaktechemie van kanalen in polymeermembranen onderzocht over vele disciplines maar gebleven een kritiek knelpunt,“ Xu zegt. De „Samengestelde films zijn vervaardigd gebruikend voorgevormde koolstof nanotubes en het gebied maakt snelle progess, echter, het blijk geeft nog van een uitdaging om voorgevormde nanotubes normaal aan de filmoppervlakte over macroscopische afstanden te oriënteren.“

Voor hun subnanometerkanalen, gebruikten Xu en haar onderzoeksteam organische die nanotubes natuurlijk door cyclische peptides wordt gevormd - polypeptide eiwitkettingen die op één van beide eind verbinden om een cirkel te maken. In Tegenstelling Tot voorgevormde koolstof nanotubes, zijn deze organische nanotubes omkeerbaar „,“ wat hun grootte betekent en de richtlijn gemakkelijk tijdens het vervaardigingsproces kan worden gewijzigd. Voor het membraan, blokkeren gebruikte Xu en haar medewerkers copolymeren - lange opeenvolgingen of „blokken“ van één type van monomeermolecule verbindend aan blokken van een ander type van monomeermolecule. Enkel aangezien cyclische peptides in nanotubes zelf-assembleren, zelf-assembleren de blokcopolymeren in duidelijk omlijnde series van nanostructures over macroscopische afstanden. Een polymeer covalent met betrekking tot cyclische peptide werd gebruikt als „bemiddelaar“ om deze twee zelf-assembleert systemen samen te binden

De „polymeerstamverwant is de sleutel,“ Xu zegt. „Het controleert de interface tussen cyclische peptides en de blokcopolymeren en synchroniseert hun zelf-assemblage. Het resultaat is dat nanotube de kanalen slechts in het kader van het polymeermembraan groeien. Wanneer u alles kunt maken deze manier samenwerken, wordt het proces werkelijk zeer eenvoudig.“

Xu en haar collega's konden subnanometer poreuze membranen vervaardigen die verscheidene centimeters meten overdwars en high-density series van kanalen kenmerken. De kanalen werden getest via de metingen van het gasvervoer van kooldioxide en neopentane. Deze tests bevestigden dat permeance hoger was voor de kleinere kooldioxidemolecules dan voor de grotere molecules van neopentane. De volgende stap zal zijn deze techniek te gebruiken om dikkere membranen te maken.

„Theoretisch, zijn er geen groottebeperkingen voor onze techniek zodat zou er geen probleem moeten zijn in het maken van membranen over groot gebied,“ Xu zegt. „Wij zijn opgewekt omdat wij geloven dit de haalbaarheid aantoont om veelvoudige zelf-assemblageprocessen te synchroniseren door secundaire interactie tussen individuele componenten te maken. Ons werk opent een nieuwe weg voor het bereiken van hiërarchische structuren in een systeem met meerdere componenten gelijktijdig, dat beurtelings zou moeten helpen het knelpunt aan het bereiken functionele materialen overwinnen gebruikend een bottom-up benadering.“

Bron: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 13:35

Tell Us What You Think

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

Leave your feedback
Submit