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Graphene Nanopores A Pu Avoir des Applications comme Membranes pour la Filtration Avancée

Published on October 24, 2012 at 4:49 AM

Beaucoup a été fait de qualités exceptionnelles des graphene, à partir de sa capacité de conduire la chaleur et l'électricité meilleures que n'importe quel autre matériau à son unique force : Fonctionné dans un matériau composite, le graphene peut repousser des balles mieux que Kevlar. La recherche Précédente a également prouvé que le graphene d'origine - une feuille microscopique d'atomes de carbone disposés dans une configuration de nid d'abeilles - est parmi les matériaux les plus imperméables jamais découverts, effectuant l'idéal de substance comme film de barrage.

Une image de haute résolution de CHEMINÉE d'un grand trou dans le graphene. Le trou est au sujet de 10nm de diamètre. Pris au Laboratoire National d'Oak Ridge. Crédit d'Image : Juan Carlos Idrobo

Mais le matériau peut ne pas être aussi impénétrable que les scientifiques ont la pensée. En concevant les membranes relativement grandes des feuilles uniques de graphene développées par la déposition en phase vapeur, les chercheurs du MIT, Laboratoire National d'Oak Ridge (ORNL) et ailleurs ont constaté que le matériau défraye les défauts intrinsèques, ou des trous dans son blindage de taille d'un atome. Dans les expériences, les chercheurs ont constaté que les petites molécules comme des sels ont réussi facilement par les pores minuscules d'une membrane de graphene, alors que de plus grandes molécules ne pouvaient pas pénétrer.

Les résultats, les chercheurs disent, remarque pas à une imperfection dans le graphene, mais à la possibilité de promettre des applications, telles que des membranes que contaminants microscopiques de filtre de l'eau, ou que types particuliers indépendants de molécules des échantillons biologiques.

« Personne n'a recherché des trous dans le graphene avant, » dit Rohit Karnik, professeur agrégé de l'industrie mécanique au MIT. « Il y a beaucoup de méthodes chimiques qui peuvent être employées pour modifier ces pores, ainsi c'est une technologie de plate-forme pour une classe neuve des membranes. »

Karnik et ses collègues, y compris des chercheurs de l'Institut de Technologie et du Roi Indiens Fahd University du Pétrole et des Minerais, ont publié leurs résultats dans le Nano du tourillon ACS.

Karnik a fonctionné avec l'étudiant de troisième cycle Sean O'Hern de MIT pour rechercher les matériaux « qui pourraient mener pas simplement aux modifications incrémentales, mais les sauts substantiels en termes de membranes de voie exécutent. » En particulier, le moulage d'équipe autour pour des matériaux avec deux attributs principaux, flux élevé et tunability : c'est-à-dire, des membranes qui filtrent rapidement des liquide, mais sont également facilement réglées pour laisser certaines molécules tout en enfermant d'autres. Le groupe arrangé sur le graphene, en partie à cause de sa structure extrêmement mince et de sa force : Une feuille de graphene est aussi légèrement comme atome unique, mais assez intense pour laisser des grands volumes de liquide sans déchiqueter à part.

L'équipe a visé à la membrane de technicien "A" enjambant 25 mm carrés - une surface qui est grande par des normes de graphene, se retenant au sujet des atomes de carbone de quadrillion. Ils ont utilisé le graphene synthétisé par la déposition en phase vapeur, empruntant sur des compétences à l'organisme de recherche de Jing Kong, le Professeur Agrégé de Développement De La Vie Professionnelle d'ITT du Génie Électrique au MIT. L'équipe a alors développé des techniques pour transférer la feuille de graphene à un substrat de polycarbonate pointillé avec des trous.

Une Fois Que les chercheurs transféraient avec succès le graphene, ils ont commencé à expérimenter avec la membrane donnante droit, l'exposant aux molécules contenant de l'eau circulantes des tailles variables. Ils ont théorisé que si le graphene étaient en effet imperméable, les molécules seraient bloquées de circuler à travers. Cependant, expérimente affiché autrement, comme chercheurs observés sale traverser la membrane.

En Tant Qu'autre test, l'équipe a exposé une aile de cuivre avec le graphene développé là-dessus à un agent chimique qui dissout le cuivre. Au lieu de protéger le métal, le graphene a laissé l'agent, corrodant le cuivre fondamental. Pour tester la taille des pores dans le graphene, le groupe a essayé de filtrer l'eau avec de plus grandes molécules. Il s'est avéré qu'il y avait une limite à la taille des pores, car de plus grandes molécules ne pouvaient pas réussir par la membrane.

Comme expérience finale, Karnik et O'Hern ont observé les trous réels dans la membrane de graphene, regardant le matériau par un microscope électronique à puissance élevée ORNL en collaboration avec Juan Carlos Idrobo. Ils ont constaté que les pores se sont échelonnés dans la taille d'environ 1 à 12 nanomètres - juste assez au loin sélecteur ont laissé quelques petites molécules.

« En ce moment nous connaissons de cette caractérisation comment le graphene se comporte, et quels pores un peu intrinsèques elle a, » Karnik dit. « Dans un certain sens c'est la première étape à réaliser pratique les membranes graphene-basées. »

Karnik ajoute qu'une demande à court terme de telles membranes peut comprendre un senseur portatif en lequel une couche de graphene « pourrait protéger le senseur de l'environnement, » laissant par seulement une molécule ou un contaminant d'intérêt. Une Autre utilisation peut être dans l'accouchement de médicament, avec le graphene, pointillé avec des pores d'une taille déterminée, fournissant des traitements dans une libération contrôlée.

« Nous sommes en ce moment en cours de transférer plus de graphene à différents substrats et effectuant des trous de nos propres moyens, effectuant une membrane viable pour la filtration de l'eau, » O'Hern dit.

Le Groupe de Scott, un professeur adjoint de l'industrie mécanique à l'Université du Colorado, indique que les résultats du groupe sont la première démonstration que le graphene défraye des défauts. La membrane développée par le groupe « a le potentiel d'être une membrane révolutionnaire » qui sépare des particules à l'échelle moléculaire.

« La délivrance qui doit maintenant être abordée est si on peut distinguer entre de plus petites molécules, » le Groupe indique. « Une Fois Que ceci se produit, les membranes de graphene vivront éventuellement jusqu'aux propriétés véritablement remarquables qu'elles promettent. »

D'Autres chercheurs concernés dans le travail sont Cameron Stewart, Michael Boutilier, Sreekar Bhaviripudi, Système D'appoint À La Décision de Sarit, Tahar Laoui et Muataz Atieh. Ce travail a été financé par le Roi Fahd University du Pétrole et des Minerais par le Centre pour l'Eau Propre et Énergie Propre au MIT et au KFUPM, et a été également supporté par le programme de Part d'ORNL.

Source : MIT

Last Update: 24. October 2012 05:40

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