Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

Ny teknik för att tillverka flexibel polymer membran med subnanometer kanaler

Published on January 13, 2011 at 12:50 AM

Många futurister föreställa sig en värld där polymera membran med molekylär-stora kanaler används för att fånga koldioxid, producera sol-bränslen, eller avsaltning av havsvatten, bland många andra funktioner.

Detta kommer att kräva metoder genom vilka ett sådant membran lätt kan tillverkas i stora kvantiteter. En teknik som representerar ett viktigt första steg på den vägen har nu framgångsrikt visat.

Bild (en) är en AFM bild av en polymer membran vars mörka kärnan motsvarar organiska nanorör. (B) är ett TEM visar en sub-kanaliseras membran med den organiska nanorör inringad i rött. Infällda bilden visar inzoomad bild av en enda nanorör.

Forskare med US Department of Energy är Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) och University of California (UC) Berkeley har utvecklat en lösning baserad metod för att förmå självorganisering av flexibla polymer membran med mycket i linje subnanometer kanaler. Fullt kompatibel med kommersiella membran-tillverkningsprocesser är denna nya teknik tros vara det första exemplet på organiska nanorör fabricerade i en funktionell hinna över makroskopiska avstånd.

"Vi har använt nanotube bildar cykliska peptider och blockera sampolymerer att visa en riktad co-montering teknik för att tillverka subnanometer porösa membran över makroskopiska avstånd", säger Ting Xu, en polymer vetenskapsman som ledde detta projekt. "Denna teknik bör göra det möjligt för oss att skapa porösa tunna filmer i framtiden där storleken och formen på kanalerna kan skräddarsys av den molekylära strukturen i den organiska nanorör."

Xu, som innehar gemensamma möten med Berkeley Lab Materials Sciences Division och University of California Berkeley: s avdelningar för materialvetenskap och teknik och kemi, är huvudförfattare av ett papper som beskriver detta arbete, som har publicerats i tidskriften ACS Nano. Papperet heter "subnanometer Porösa Thin Films av Co-montering av Nanotube subenheter och sampolymerer Block."

Co-authoring pappret med Xu var Nana Zhao, Feng Ren, Rami Hourani, Ming Tsang Lee, Jessica Shu, Samuel Mao, och Brett Helms, som är med molekylär Foundry, en DOE nanovetenskap centrum värd på Berkeley Lab.

Kanaliseras membran är ett av naturens mest smarta och viktiga uppfinningar. Membran perforerad med subnanometer kanaler line exteriör och interiör av en biologisk cell, kontrollerande - i kraft av storlek - transport av viktiga molekyler och joner till, genom och ut ur cellen. Samma tillvägagångssätt har en enorm potential för ett brett spektrum av mänskliga teknik, men utmaningen har varit att hitta ett kostnadseffektivt sätt att orientera vertikalt alliansfria subnanometer kanaler över makroskopiska avstånd på flexibla substrat.

"Få molekylär nivå kontroll över porstorlek, form och ytkemi av kanaler i polymera membran har undersökts inom många discipliner, men har förblivit en kritisk flaskhals", Xu säger. "Komposit filmer har tillverkats med hjälp av förformade kolnanorör och fältet gör snabba progess, men presenterar det fortfarande en utmaning att orientera förformade nanorör normal till filmen yta över makroskopiska avstånd."

För deras subnanometer kanaler används Xu och hennes forskargrupp den organiska nanorör naturligt bildas av cykliska peptider - polypeptid proteinkedjor som ansluts i båda ändar för att göra en cirkel. Till skillnad från förformade kolnanorör, dessa organiska nanorör är "vändbar", vilket innebär att deras storlek och orientering lätt kan ändras under tillverkningsprocessen. För membran, som används Xu och hennes medarbetare block sampolymerer - långa sekvenser eller "block" av en typ av monomer molekyl bundet till block av en annan typ av monomer molekyl. Precis som cykliska peptider själv montera in nanorör, block sampolymerer själv montera i väldefinierade arrayer av nanostrukturer över makroskopiska avstånd. En polymer kovalent kopplade till cykliska peptid användes som ett "medlare" för att binda ihop dessa två självorganiserande system

"Den polymer konjugat är nyckeln", Xu säger. "Det styr gränssnittet mellan cykliska peptider och sampolymerer blocket och synkroniserar sina självorganisering. Resultatet är att nanotube kanaler bara växa inom ramen av polymeren membranet. När du kan få allt att fungera tillsammans på detta sätt, processen verkligen blir mycket enkelt. "

Xu och hennes kollegor kunde tillverka subnanometer porösa membran mäta flera centimeter tvärs över och med hög densitet arrayer av kanaler. Kanalerna testades genom mätningar av gas transport av koldioxid och neopentane. Dessa tester bekräftade att permeance var högre för de mindre molekyler koldioxid än för de större molekyler neopentane. Nästa steg blir att använda denna teknik för att göra tjockare membran.

"Teoretiskt sett finns det inga stora begränsningar för vår teknik så det bör inte vara några problem att göra membran över stort område", Xu säger. "Vi är glada att vi tror detta visar möjligheten att synkronisera flera självorganisering processer genom att skräddarsy sekundära interaktioner mellan enskilda komponenter. Vårt arbete öppnar en ny väg att nå hierarkiska strukturer i en flerkomponenttyp-system samtidigt, vilket i sin tur bör bidra till att övervinna flaskhals för att uppnå funktionella material med hjälp av ett underifrånperspektiv. "

Källa: http://www.lbl.gov/

Last Update: 4. October 2011 04:09

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