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Graphene Nanopores Podía Tener Aplicaciones como Membranas para la Filtración Avanzada

Published on October 24, 2012 at 4:49 AM

Mucho se ha hecho de las calidades excepcionales de los graphene, de su capacidad de conducto el calor y la electricidad mejores que cualquier otro material a su fuerza incomparable: Trabajado en un material compuesto, el graphene puede repeler puntos negros mejor que Kevlar. La investigación Anterior también ha mostrado que el graphene prístino - una hoja microscópica de los átomos de carbón dispuestos en un modelo del panal - está entre los materiales más impermeables descubiertos nunca, haciendo el ideal de la substancia como película de la barrera.

Una imagen de alta resolución del VÁSTAGO de un agujero grande en graphene. El agujero está sobre 10nm en diámetro. Tomado en el Laboratorio Nacional de la Oak Ridge. Haber de Imagen: Juan Carlos Idrobo

Pero el material puede no ser tan impenetrable como los científicos tienen pensamiento. Dirigiendo las membranas relativamente grandes de las únicas hojas del graphene crecidas por la deposición de vapor químico, los investigadores de MIT, Laboratorio Nacional de la Oak Ridge (ORNL) y a otra parte han encontrado que el material soporta defectos intrínsecos, o los agujeros en su blindaje átomo-clasificado. En experimentos, los investigadores encontraron que las pequeñas moléculas como las sales pasaron fácilmente a través de los poros minúsculos de una membrana del graphene, mientras que moléculas más grandes no podían penetrar.

Los resultados, los investigadores dicen, punta no a una falla en graphene, sino a la posibilidad de prometer aplicaciones, tales como membranas que contaminantes microscópicos del filtro del agua, o que tipos específicos separados de moléculas de muestras biológicas.

“Nadie ha buscado los agujeros en graphene antes,” dice Rohit Karnik, profesor adjunto de la ingeniería industrial en el MIT. “Hay muchos métodos químicos que se pueden utilizar para modificar estos poros, así que es una tecnología de la plataforma para una nueva clase de membranas.”

Karnik y sus colegas, incluyendo investigadores del Instituto de Tecnología y del Rey Indios Fahd University del Petróleo y de los Minerales, han publicado sus resultados en el gorrón ACS Nano.

Karnik trabajó con el estudiante de tercer ciclo Sean O'Hern del MIT para buscar los materiales “que podrían llevar no apenas a los cambios ampliados, pero los saltos sustanciales en términos de membranas de la manera se realizan.” Particularmente, el molde de las personas alrededor para los materiales con dos atributos dominantes, alto flux y tuneabilidad: es decir, las membranas que filtran rápidamente los líquidos, pero también se adaptan fácilmente para permitir ciertas moléculas a través mientras que atrapan otras. El grupo establecido en graphene, en parte debido a su estructura extremadamente fina y su fuerza: Una hoja del graphene está tan ligeramente como un único átomo, pero bastante fuerte permitir altos volúmenes de líquidos a través sin el destrozo aparte.

Las personas se establecieron a la membrana del técnico A que atravesaba 25 milímetros cuadrados - una superficie que es grande por patrones del graphene, sujetando sobre los átomos de un carbón del cuatrillón. Utilizaron el graphene sintetizado por la deposición de vapor químico, pidiendo prestada en experiencia del grupo de investigación de Jing Kong, el Profesor Adjunto del Revelado de Carrera de ITT de la Ingeniería Eléctrica en el MIT. Las personas entonces desarrollaron técnicas para transferir la hoja del graphene a un substrato del policarbonato punteado con los agujeros.

Una Vez Que los investigadores transfirieron con éxito el graphene, comenzaron a experimentar con la membrana resultante, exponiéndolo a las moléculas con agua que fluían de tallas diversas. Teorizaron que si el graphene fuera de hecho impermeable, las moléculas serían cegadas de fluir a través. Sin Embargo, experimenta mostrado de otra manera, como investigadores observados sala atravesar la membrana.

Como otra prueba, las personas expusieron una hoja metálica de cobre con el graphene crecido en él a un agente químico que disuelve el cobre. En vez de proteger el metal, el graphene permitió el agente a través, corroyendo el cobre subyacente. Para probar la talla de los poros dentro del graphene, el grupo tentativa filtrar el agua con moléculas más grandes. Aparecía que había un límite a la talla de los poros, pues moléculas más grandes no podían pasar a través de la membrana.

Como experimento final, Karnik y O'Hern observaron los agujeros reales en la membrana del graphene, observando el material a través de un microscopio electrónico de alto poder ORNL en colaboración con Juan Carlos Idrobo. Encontraron que los poros colocaron de tamaño de cerca de 1 a 12 nanómetros - apenas de par en par bastante permitieron selectivamente algunas pequeñas moléculas a través.

“Ahora sabemos de esta caracterización cómo el graphene se comporta, y qué clase de poros intrínsecos tiene,” Karnik dice. “En un cierto sentido es el primer paso de progresión prácticamente a realizar las membranas graphene-basadas.”

Karnik agrega que una aplicación a corto plazo para tales membranas puede incluir un sensor portátil en el cual una capa de graphene “podría proteger el sensor del ambiente,” permitiendo a través solamente de una molécula o de un contaminante del interés. Otro uso puede estar en salida de la droga, con el graphene, punteado con los poros de una talla resuelta, entregando terapias en un desbloquear controlado.

“Estamos ahora en curso de traslación de más graphene a diversos substratos y haciendo los agujeros nuestros los propio, haciendo una membrana viable para la filtración del agua,” O'Hern dice.

El Manojo de Scott, profesor adjunto de la ingeniería industrial en la Universidad de Colorado, dice que los resultados del grupo son la primera demostración que el graphene soporta defectos. La membrana desarrollada por el grupo “tiene el potencial de ser una membrana revolucionaria” que separa partículas en la escala molecular.

“La edición que ahora necesita ser abordada es si una puede discriminar entre moléculas más pequeñas,” el Manojo dice. “Una Vez Que suceso esto, las membranas del graphene vivirán eventual hasta las propiedades verdaderamente notables que prometen.”

Otros investigadores implicados en el trabajo son Cameron Stewart, Michael Boutilier, Sreekar Bhaviripudi, Sarit Das, Tahar Laoui y Muataz Atieh. Este trabajo fue financiado por el Rey Fahd University del Petróleo y de los Minerales a través del Centro para el Agua Potable y Energía Limpia en el MIT y KFUPM, y también utilizado por el programa de la Parte de ORNL.

Fuente: MIT

Last Update: 24. October 2012 05:41

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