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Graphene Nanopores Konnte Anwendungen als Membranen für Hoch entwickelte Filtration Haben

Published on October 24, 2012 at 4:49 AM

Viel ist von der hervorragenden Qualität der graphenes, von seiner Fähigkeit, die Wärme und Strom zu leiten gemacht worden, die zu seiner unvergleichlichen Stärke besser als sonstiges Material sind: Gearbeitet in einen Verbundwerkstoff, kann graphene Kugeln abstoßen besser als Kevlar. Vorhergehende Forschung hat auch gezeigt, dass ursprüngliches graphene - ein mikroskopisches Blatt von den Kohlenstoffatomen angeordnet in einem Bienenwabenmuster - zu den undurchlässigsten Materialien gehört, die überhaupt entdeckt werden und das Substanzideal als Barrierefolie macht.

Ein STAMM-Bild der hohen Auflösung eines großen Loches im graphene. Das Loch ist über 10nm im Durchmesser. Genommen an Oak Ridge Nationalem Laboratorium. Bildkredit: Juan Carlos Idrobo

Aber das Material ist möglicherweise nicht so undurchdringlich, wie Wissenschaftler Gedanken haben. Indem sie verhältnismäßig große Membranen von den Einzelblättern von graphene gewachsen durch chemisches Bedampfen ausführten, haben Forscher von MIT, Oak Ridge (ORNL) Nationales Laboratorium und anderswo, dass das Material tatsächliche Defekte trägt, oder Löcher in seiner Atom-groß Rüstung gefunden. In den Experimenten fanden die Forscher, dass kleine Moleküle wie Salze leicht durch die kleinen Poren einer graphene Membran passierten, während größere Moleküle nicht imstande waren einzudringen.

Die Ergebnisse, sagen die Forscher, Punkt nicht zu einem Fehler im graphene, aber zur Möglichkeit des Versprechens von Anwendungen, wie Membranen dass mikroskopische Verschmutzer des Filters vom Wasser oder dass unterschiedliche spezifische Baumuster von Molekülen von den biologischen Proben.

„Niemand hat nach Löchern im graphene vor gesucht,“ sagt Rohit Karnik, außerordentlicher Professor des Maschinenbaus an MIT. „Es gibt viele chemischen Verfahren, die angewendet werden können, um diese Poren zu ändern, also ist es eine Plattformtechnologie für eine neue Klasse Membranen.“

Karnik und seine Kollegen, einschließlich Forscher von der Indischen Fachhochschule Und von König Fahd University des Erdöls und der Mineralien, haben ihre Ergebnisse im Nano Zapfen ACS veröffentlicht.

Karnik arbeitete mit MIT-Studenten im Aufbaustudium Sean O'Hern, um nach Materialien zu suchen „die zu nicht gerade Inkrementaländerungen führen konnten, aber erhebliche Sprünge im Hinblick auf die Methodenmembranen führen.“ durch Insbesondere die Teamform herum für Materialien mit zwei Schlüsselattributen, hohes Magnetfeld und tunability: das heißt, werden Membranen, die schnell Flüssigkeiten filtern, aber auch leicht hergestellt, um bestimmte Moleküle durch zu lassen beim Einschließen andere. Die Gruppe vereinbart auf graphene, im Teil wegen seiner extrem dünnen Zelle und seiner Stärke: Ein Blatt von graphene ist so dünn wie ein einzelnes Atom, aber stark genug, hohe Volumen Flüssigkeiten durch zu lassen, ohne auseinander zu zerreißen.

Das Team legte zur Techniker- Amembran dar, die 25 Quadratmillimeter - eine Fläche überspannt, die durch graphene Standards groß ist und hielt über QuadrillionsKohlenstoffatome an. Sie verwendeten das graphene, das durch das chemische Bedampfen synthetisiert wurde und borgten auf Sachkenntnis von der Forschungsgruppe von Jing Kong, der ABGASTEMPERATUR-Karriereentwicklungs-Außerordentliche Professor der Elektrotechnik an MIT. Das Team entwickelte dann Techniken, um das graphene Blatt auf eine Polycarbonatssubstratfläche zu übertragen, die mit Löchern punktiert wurde.

Sobald die Forscher erfolgreich das graphene übertrugen, fingen sie an, mit der resultierenden Membran zu experimentieren und setzten es flüssigen wasserhaltigen Molekülen von unterschiedlichen Größen aus. Sie theoretisierten, dass, wenn graphene tatsächlich undurchlässig waren, die Moleküle von herüber fließen blockiert würden. Jedoch experimentiert andernfalls dargestellt, als beobachtete Forscher salzt das Durchfließen der Membran.

Als eine andere Prüfung setzte das Team eine kupferne Folie mit dem graphene aus, das auf ihm einem chemischen Agens gewachsen wurde, das Kupfer auflöst. Anstatt, das Metall zu schützen, ließ graphene den Agens durch und korrodierte das zugrunde liegende Kupfer. Um die Größe der Poren innerhalb des graphene zu prüfen, versuchte die Gruppe Wasser mit größeren Molekülen zu filtern. Es schien, dass es eine Grenze zur Größe der Poren gab, da größere Moleküle nicht imstande waren, durch die Membran zu passieren.

Als abschließendes Experiment beobachteten Karnik und O'Hern die tatsächlichen Löcher in der graphene Membran und betrachteten das Material durch ein hochkarätiges Elektronenmikroskop auf ORNL gemeinsam mit Juan Carlos Idrobo. Sie fanden, dass Poren an Größe von ungefähr 1 bis 12 nm - gerade breit genug ließen selektiv einige kleine Moleküle durch reichten.

„Im Augenblick wissen wir von dieser Kennzeichnung, wie das graphene sich benimmt und welche ein bisschen tatsächlichen Poren sie hat,“ Karnik sagt. „In etwas Richtung ist es der erste Schritt zu graphene-basierte Membranen praktisch verwirklichen.“

Karnik fügt hinzu, dass eine kurzfristige Anwendung möglicherweise für solche Membranen einen tragbaren Fühler, in dem eine Schicht graphene „den Fühler von der Umgebung abschirmen könnte,“ lassend durch nur ein Molekül oder einen Verschmutzer von Zinsen umfaßt. Ein Anderer Gebrauch ist möglicherweise in der Medikamentenverabreichung, wenn das graphene, mit den Poren punktiert ist, einer entschlossenen Größe und entbindet Therapien in einer esteuerten Freigabe.

„Wir sind im Augenblick bei dem Übertragen von mehr graphene auf verschiedene Substratflächen und die Löcher von unseren Selbst machend, eine lebensfähige Membran für Wasserfiltration herstellend,“ sagt O'Hern.

Scott-Bündel, ein Assistenzprofessor des Maschinenbaus an der Universität von Colorado, sagt, dass die Ergebnisse der Gruppe die erste Vorführung sind, dass graphene Defekte trägt. Die Membran, die von der Gruppe „entwickelt wird, hat das Potenzial, eine revolutionäre Membran zu sein“ die Partikel an der molekularen Schuppe sich trennt.

„Der Punkt, der jetzt angesprochen werden muss, ist, ob man zwischen kleineren Molekülen unterscheiden kann,“ sagt Bündel. „Sobald dieses geschieht, werden graphene Membranen schließlich den wirklich bemerkenswerten Eigenschaften gerecht, die sie versprechen.“

Andere Forscher, die mit der Arbeit beschäftigt gewesen werden, sind Cameron Stewart, Michael Boutilier, Sreekar Bhaviripudi, Sarit DAS, Tahar Laoui und Muataz Atieh. Diese Arbeit wurde vom König Fahd University des Erdöls und der Mineralien durch die Mitte für Trinkwasser und Saubere Energie an MIT und an KFUPM finanziert und wurde auch durch das ORNL-Anteilprogramm unterstützt.

Quelle: MIT

Last Update: 24. October 2012 05:40

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