Bagong pamamaraan para sa Fabricating ng kakayahang umangkop Membranes polimer sa Channels Subnanometer

Published on January 13, 2011 at 12:50 AM

Maraming mga futurists makita ang isang mundo na kung saan polimer membranes sa molecular-laki na mga channels ay ginagamit upang makuha ang carbon, makagawa ng solar-based fuels, o desalinating dagat tubig, bukod sa maraming iba pang mga function.

Ito ay mangangailangan ng mga paraan kung saan tulad membranes ay maaaring madaling gawa-gawa sa mga bulk dami. Ang isang pamamaraan na kumakatawan sa isang makabuluhang unang hakbang down na daan na ngayon ay matagumpay na ipinapakita.

Imahen (a) ay isang AFM imahe ng isang polimer lamad na ang madilim na core tumutugma sa organic nanotubes. (B) ay isang TEM na nagpapakita ng isang sub-channeled lamad sa organic nanotubes circled sa pula. Tanim nagpapakita naka-zoom sa imahe ng isang solong nanotube.

Mananaliksik sa sa US Kagawaran ng Enerhiya ng Lawrence Berkeley Pambansang Laboratory (Berkeley Lab) at ang University of California (UC) Berkeley ay binuo ng isang solusyon-based na pamamaraan para sa pampalaglag ang sarili pagpupulong ng nababaluktot membranes ng polimer na may mataas na nakahanay na mga channels ng subnanometer. Buo tugma sa komersyal na lamad-katha na proseso, ang bagong pamamaraan na ito ay pinaniniwalaan na ang unang halimbawa ng mga organic nanotubes na gawa-gawa sa isang functional na lamad sa macroscopic distansya.

"Kami na ginamit ng nanotube-bumubuo ng paikot peptides at harangan ang mga co-polymers upang ipakita ang isang direct co-pagpupulong pamamaraan para sa fabricating subnanometer buhaghag membranes sa macroscopic distansya," sabi ni Ting Xu, isang polimer siyentipiko na humantong sa proyektong ito. "Ang pamamaraan na ito ay dapat paganahin sa amin upang makabuo ng mga puno ng napakaliliit na butas manipis pelikula sa hinaharap kung saan ang laki at hugis ng channel ay maaaring iayon sa pamamagitan ng molekular istraktura ng organic nanotubes."

Xu, na hawak ng magkasanib na tipanan sa Berkeley Lab ng Division Materyales Sciences at ang University ng California Berkeley sa kagawaran ng Materyales Sciences at Engineering, at Kimika, ay ang lead may-akda ng isang papel na naglalarawan ito gumagana, kung saan ay nai-publish sa ang journal ACS Nano. Papel ay pinamagatang "Subnanometer buhaghag manipis na pelikula sa pamamagitan ng ang Co-pagpupulong ng mga Subunits Nanotube at Block Copolymers."

Co-aawtorisado ang papel sa Xu ay Nana Zhao, Feng Ren, Rami Hourani, Ming Tsang Lee, Jessica Shu, Samuel Mao, at Brett Helms, na sa molekular pandayan, isang Doe nanoscience center na naka-host sa Berkeley Lab.

Channeled membranes ay isa ng kalikasan ng pinaka-matalino at mahalagang imbensyon. Membranes na butas-butas sa channel subnanometer line sa labas at loob ng isang biological cell, pagkontrol sa pamamagitan ng kabutihan ng laki - ang sasakyan ng mga mahahalagang mga molecule at ions sa, sa pamamagitan, at ng cell. Ang parehong diskarte na ito ay hawak ng napakalaking potensyal na para sa isang malawak na hanay ng mga tao na teknolohiya, ngunit ang hamon ay paghahanap ng isang cost-effective na na paraan ng orienting patayo-nakahanay na mga channels subnanometer sa macroscopic distansya sa nababaluktot substrates.

"Pagkuha ng molekular antas ng kontrol ang napakaliit na butas na sukat, hugis, at kimika sa ibabaw ng mga channels sa polimer membranes ay sinisiyasat sa maraming mga disiplina ngunit nanatiling isang kritikal na bottleneck," Xu sabi. "Composite pelikula ay gawa-gawa ng paggamit ng mga pre-nabuo carbon nanotubes at patlang ay paggawa ng mabilis na progess, gayunpaman, ito pa rin nagtatanghal ng isang hamon upang makibagay pre-nabuo nanotubes normal sa film ibabaw sa macroscopic distansya."

Para sa kanilang mga channels sa subnanometer, Xu at ang kanyang mga pananaliksik group ay ginamit ang organic nanotubes natural nabuo sa pamamagitan ng paikot peptides - polypeptide protina chains na kumonekta sa alinman sa dulo upang makagawa ng isang bilog. Hindi tulad ng pre-nabuo carbon nanotubes, ang mga organic na mga nanotubes ay "baligtarin," na nangangahulugan na ang kanilang laki at kasarian ay maaaring maging madaling nabago sa panahon ng proseso ng katha. Para sa lamad, Xu at ng kanyang mga collaborator gumamit ng copolymers harangan ang mga sequences na mahaba o "bloke" ng isang uri ng monomer Molekyul na nakatali sa mga bloke ng isa pang uri ng monomer Molekyul. Tulad ng paikot peptides sarili magtipon sa nanotubes, copolymers block sa sarili magtipon sa mga well-natukoy na mga arrays ng mga nanostructures sa macroscopic distansya. Ang isang polimer covalently naka-link sa peptide paikot ay ginamit bilang isang "tagapamagitan" sa bukluran mga dalawang sa sarili assembling system

"Ang polimer kondyugeyt ay ang susi," Xu sabi. "Kontrol sa interface sa pagitan ng paikot peptides at ang mga block copolymers at synchronizes ang kanilang sarili-assembly. Ang resulta ay na ang mga channels nanotube lamang lumago sa loob ng balangkas ng ang lamad ng polimer. Kapag maaari mong gawin ang lahat nagtutulungan sa ganitong paraan, ang proseso ay talagang nagiging napaka-simple. "

Xu at ng kanyang mga kasamahan ay magagawang kumatha subnanometer buhaghag membranes pagsukat ng ilang sentimetro sa kabuuan at nagtatampok ng mga high-density na mga arrays ng mga channels. Ang mga channels ay sinubukan sa pamamagitan ng sukat ng gas ng sasakyan ng carbon dioxide at neopentane. Ang mga pagsubok na ito nakumpirma na ang permeance ay mas mataas para sa mga mas maliit na molecule ng carbon dioxide kaysa para sa mas malaking mga molecule ng neopentane. Ang susunod na hakbang ay upang gamitin ang pamamaraan na ito upang gumawa ng mga thicker membranes.

"Theoretically, may mga walang sukat limitasyon para sa aming mga pamamaraan kaya't dapat na walang problema sa paggawa ng mga membranes sa loob ng malaking lugar," Xu sabi. "Kami ay nasasabik dahil naniniwala kami na ito ay nagpapakita ng pagiging posible ng synchronize ng maramihang mga proseso ng self-pagpupulong sa pamamagitan ng pagpapasadya ng pangalawang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng indibidwal na mga bahagi. Ang aming trabaho ay bubukas ng isang bagong paraan sa pagkamit ng hierarchical na kaayusan sa isang sistema ng multicomponent sabay-sabay, na kung saan ay dapat makatulong sa pagtagumpayan ang bottleneck sa pagkamit ng functional na mga materyales gamit ang isang ilalim-up na diskarte. "

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

Last Update: 4. October 2011 04:10

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