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Nova técnica para a fabricação de membranas flexíveis de polímeros com canais subnanometer

Published on January 13, 2011 at 12:50 AM

Futuristas muitos imaginam um mundo em que as membranas de polímeros com molecular porte canais são usados ​​para a captura de carbono, produzem energia solar baseada em combustíveis, ou dessalinizar água do mar, entre muitas outras funções.

Isso exigirá métodos pelos quais tais membranas podem ser facilmente fabricada em grandes quantidades. Uma técnica que representa um primeiro passo significativo por esse caminho já foi demonstrado com sucesso.

Imagem (a) é uma imagem AFM de uma membrana de polímero cujo núcleo escuro corresponde a nanotubos orgânicos. (B) é um TEM mostrando uma membrana sub-canalizada com os nanotubos orgânicos circulados em vermelho. O encarte mostra a imagem de zoom-in de um nanotubo único.

Pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e da Universidade da Califórnia (UC) em Berkeley desenvolveram uma solução baseada em método para induzir a auto-montagem de membranas flexíveis de polímeros com canais subnanometer altamente alinhadas. Totalmente compatível com membrana comercial de fabricação de processos, esta nova técnica é acreditado para ser o primeiro exemplo de nanotubos orgânicos fabricados em uma membrana funcional em distâncias macroscópicas.

"Nós usamos nanotubo de formação de peptídeos cíclicos e bloquear co-polímeros para demonstrar uma técnica dirigida co-montagem para a fabricação de membranas porosas subnanometer em distâncias macroscópicas", diz Xu Ting, cientista que liderou polímero este projeto. "Esta técnica deve permitir-nos para gerar filmes finos porosos, no futuro, onde o tamanho ea forma dos canais podem ser adaptados pela estrutura molecular dos nanotubos orgânicos."

Xu, que prende nomeações comum com divisão de Berkeley Lab Ciências dos Materiais e da Universidade de Departamentos da Califórnia de Berkeley de Ciências dos Materiais e Engenharia, e Química, é o principal autor de um artigo descrevendo este trabalho, que foi publicado na revista científica ACS Nano. O documento é intitulado "subnanometer Porous Filmes Finos pela Co-montagem de Subunidades Nanotubos e copolímeros em bloco."

Co-autor do papel com Xu Zhao estavam Nana, Feng Ren, Rami Hourani, Ming Tsang Lee, Jessica Shu, Samuel Mao, e Brett Helms, que está com a Fundição Molecular, um centro de nanociência DOE hospedado no laboratório de Berkeley.

Membranas canalizado são uma das invenções mais inteligente e importante da natureza. Membranas perfuradas com linha subnanometer canais do exterior e interior de uma célula biológica, controlar - em virtude do tamanho - o transporte de moléculas e íons essenciais para, através e para fora da célula. Esta mesma abordagem tem um potencial enorme para uma ampla gama de tecnologias humanas, mas o desafio tem sido encontrar um meio custo-eficaz de orientar os canais subnanometer verticalmente alinhados ao longo de distâncias macroscópicas em substratos flexíveis.

"A obtenção de controle de nível molecular sobre o tamanho dos poros, forma e química da superfície de canais em membranas de polímeros tem sido investigada em muitas disciplinas, mas manteve-se um gargalo crítico", diz Xu. "Os filmes compostos têm sido fabricadas usando nanotubos de carbono pré-formada eo campo está a fazer o andamento rápido, no entanto, ainda representa um desafio para orientar pré-formada nanotubos normal à superfície do filme em distâncias macroscópicas".

Para os seus canais de subnanometer, Xu e seu grupo de pesquisa utilizados os nanotubos orgânicos naturalmente formado por peptídeos cíclicos - cadeias de proteínas que se ligam polipeptídeo em cada extremidade para fazer um círculo. Ao contrário de nanotubos de carbono pré-formada, esses nanotubos orgânicos são "reversíveis", que significa que seu tamanho e orientação podem ser facilmente modificados durante o processo de fabricação. Para a membrana, Xu e seus colaboradores usaram copolímeros em bloco - longas sequências ou "blocos" de um tipo de molécula de monômero ligado aos blocos de um outro tipo de molécula de monômero. Assim como peptídeos cíclicos auto-montar em nanotubos, copolímeros em bloco de auto-montar em bem definidas matrizes de nanoestruturas em distâncias macroscópicas. Um polímero covalentemente ligado ao peptídeo cíclico foi usado como um "mediador" para se unem estas duas auto-montagem de sistemas

"O conjugado polímero é a chave", diz Xu. "Ele controla a interface entre a peptídeos cíclicos e os copolímeros em bloco e sincroniza sua auto-montagem. O resultado é que os canais de nanotubos crescem apenas no âmbito da membrana de polímero. Quando você pode fazer tudo trabalhar em conjunto dessa maneira, o processo torna-se realmente muito simples. "

Last Update: 23. October 2011 08:59

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