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Graphene Nanopores Ha Potuto Avere Applicazioni come Membrane per Filtrazione Avanzata

Published on October 24, 2012 at 4:49 AM

Molto è stato fatto delle qualità eccezionali dei graphene, dalla sua capacità di condurre il calore e l'elettricità migliori di qualunque altro materiale alla sua concentrazione ineguagliabile: Lavorato in un materiale composito, il graphene può respingere i richiami meglio del Kevlar. La ricerca Precedente egualmente ha indicato che il graphene incontaminato - una lamiera sottile microscopica degli atomi di carbonio sistemati in un reticolo del favo - è fra i materiali più impermeabili scoperti mai, facendo l'ideale della sostanza come pellicola della barriera.

Un'immagine di alta risoluzione del GAMBO di grande foro nel graphene. Il foro è circa 10nm di diametro. Catturato al Laboratorio Nazionale di Oak Ridge. Credito di Immagine: Juan Carlos Idrobo

Ma il materiale non può essere impenetrabile come gli scienziati hanno pensiero. Costruendo le membrane relativamente grandi dalle singole lamiere sottili di graphene sviluppate tramite applicazione a spruzzo chimica, i ricercatori dal MIT, Laboratorio Nazionale di Oak Ridge (ORNL) ed altrove hanno trovato che il materiale sopporta i difetti intrinsechi, o fori in sua armatura atomo di taglia. Negli esperimenti, i ricercatori hanno trovato che le piccole molecole come i sali sono passato facilmente attraverso i pori minuscoli di una membrana del graphene, mentre le più grandi molecole non potevano penetrare.

I risultati, i ricercatori dicono, punto non ad un difetto nel graphene, ma alla possibilità di promessa delle applicazioni, quali le membrane che agenti inquinanti microscopici del filtrante da acqua, o che tipi specifici separati di molecole dai campioni biologici.

“Nessuno ha cercato i fori nel graphene prima,„ dice Rohit Karnik, professore associato dell'ingegneria meccanica al MIT. “Ci sono molti metodi chimici che possono essere usati per modificare questi pori, in modo da è una tecnologia della piattaforma per una nuova classe di membrane.„

Karnik ed i suoi colleghi, compreso i ricercatori dall'Istituto di Tecnologia e dal Re Indiani Fahd University di Petrolio e di Minerali, hanno pubblicato i loro risultati nel giornale ACS Nano.

Karnik ha funzionato con il dottorando Sean O'Hern del MIT per cercare i materiali “che potrebbero piombo non appena ai cambiamenti incrementali, ma i salti sostanziali in termini di membrane di modo eseguono.„ In particolare, la colata del gruppo intorno per i materiali con due attributi chiave, alto cambiamento continuo e tunability: cioè le membrane che filtrano rapidamente i liquidi, ma egualmente sono adattate facilmente per lasciare determinate molecole da parte a parte mentre intrappolano altre. Il gruppo sistemato su graphene, in parte a causa della sua struttura estremamente sottile e della sua concentrazione: Una lamiera sottile di graphene è leggermente come singolo atomo, ma abbastanza forte lasciare i grandi volumi di liquidi da parte a parte senza tagliuzzare a parte.

Il gruppo ha precisato alla membrana dell'AT. "A" che misura 25 millimetri quadrati - un'area che è grande dagli standard del graphene, tenente circa gli atomi di carbonio di quadrilione. Hanno usato il graphene sintetizzato tramite applicazione a spruzzo chimica, prendente in prestito sulla competenza dal gruppo di ricerca di Jing Kong, il Professore Associato dello Sviluppo di Carriera di ITT di Ingegneria Elettrica al MIT. Il gruppo poi ha sviluppato le tecniche per trasferire la lamiera sottile del graphene ad un substrato del policarbonato punteggiato con i fori.

Una Volta Che i ricercatori trasferissero con successo il graphene, hanno cominciato a sperimentare con la membrana risultante, esponente lo alle molecole contenenti acqua scorrenti delle dimensioni varianti. Hanno teorizzato che se il graphene fosse effettivamente impermeabile, le molecole sarebbero state bloccate dallo scorrimento attraverso. Tuttavia, sperimenta indicato altrimenti, poichè i ricercatori osservati sala attraversare la membrana.

Come altra prova, il gruppo ha esposto una stagnola di rame con graphene sviluppato su ad un agente chimico che dissolve il rame. Invece di protezione del metallo, il graphene ha lasciato l'agente da parte a parte, corrodendo il rame di fondo. Per verificare la dimensione dei pori all'interno di graphene, il gruppo ha tentato di filtrare l'acqua con le più grandi molecole. È sembrato che c'fosse un limite alla dimensione dei pori, poichè le più grandi molecole non potevano passare tramite la membrana.

Come esperimento definitivo, Karnik ed O'Hern hanno osservato i fori reali nella membrana del graphene, esaminante il materiale tramite un microscopio elettronico ad alta potenza ORNL in collaborazione con Juan Carlos Idrobo. Hanno trovato che i pori hanno variato nella dimensione da circa 1 - 12 nanometri - appena abbastanza largamente selettivamente hanno lasciato alcune piccole molecole da parte a parte.

“Ora conosciamo da questa caratterizzazione come il graphene si comporta e che genere di pori intrinsechi ha,„ Karnik dice. “In un certo senso è il primo punto praticamente a realizzare alle le membrane basate graphene.„

Karnik aggiunge che una domanda prossima di tali membrane può includere un sensore portatile in cui un livello di graphene “potrebbe proteggere il sensore dall'ambiente,„ lasciante attraverso soltanto una molecola o un agente inquinante di interesse. Un Altro uso può essere nella consegna della droga, con graphene, punteggiato con i pori di una dimensione risoluta, consegnanti le terapie in una versione controllata.

“Siamo ora nel corso del trasferimento del più graphene ai substrati differenti e facendo i fori dei nostri propri, facenti una membrana possibile per filtrazione dell'acqua,„ O'Hern dice.

Il Mazzo di Scott, un assistente universitario dell'ingegneria meccanica all'Università di Colorado, dice che i risultati del gruppo sono la prima dimostrazione che il graphene sopporta i difetti. La membrana sviluppata dal gruppo “ha il potenziale di essere una membrana rivoluzionaria„ che separa le particelle al disgaggio molecolare.

“L'emissione che ora deve essere affrontata è se una può discriminare fra le più piccole molecole,„ il Mazzo dice. “Una Volta Che questo accade, le membrane del graphene finalmente vivranno fino ai beni vero notevoli che promettono.„

Altri ricercatori coinvolgere nel lavoro sono Cameron Stewart, Michael Boutilier, Sreekar Bhaviripudi, Sarit Das, Tahar Laoui e Muataz Atieh. Questo lavoro è stato costituito un fondo per dal Re Fahd University di Petrolio e di Minerali attraverso il Centro per Acqua Pulita e Energia Pulita al MIT e a KFUPM ed egualmente è stato supportato dal programma della Condivisione di ORNL.

Sorgente: MIT

Last Update: 24. October 2012 05:40

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