Posted in | Graphene

Graphene Nanopores Kon Toepassingen als Membranen Hebben voor Geavanceerde Filtratie

Published on October 24, 2012 at 4:49 AM

Veel is gemaakt van de uitzonderlijke kwaliteiten van graphene, van zijn capaciteit om hitte en elektriciteit te leiden beter dan een ander materiaal aan zijn onvergelijkelijke sterkte: Gewerkt in een samengesteld materiaal, graphene kan kogels afweren dan beter Kevlar. Het Vorige onderzoek heeft ook aangetoond dat oorspronkelijke graphene - een microscopisch blad van koolstofatomen die in een honingraatpatroon worden geschikt - onder de ondoordringbaarste ooit ontdekte materialen is, makend substantieideal als barrièrefilm.

Een beeld van de hoge resolutieSTAM van een groot gat in graphene. Het gat is ongeveer 10nm in diameter. Genomen bij het Nationale Laboratorium van Oak Ridge. Het krediet van het Beeld: Juan Carlos Idrobo

Maar het materiaal kan niet zo ondoordringbaar zijn aangezien de wetenschappers gedachte hebben. Door techniek vrij grote membranen van enige bladen van graphene die door chemische dampdeposito worden gekweekt, hebben de onderzoekers van MIT, het Nationale Laboratorium van Oak Ridge (ORNL) en elders geconstateerd dat het materiaal intrinsieke tekorten, of gaten in zijn atoom-gerangschikt pantser draagt. In experimenten, vonden de onderzoekers dat de kleine molecules zoals zouten gemakkelijk door de uiterst kleine poriën van een graphenemembraan overgingen, terwijl de grotere molecules niet konden doordringen.

De resultaten, de onderzoekers zeggen, richten niet aan een gebrek in graphene, maar aan de mogelijkheid om toepassingen, zoals membranen te beloven die microscopische verontreinigende stoffen van water filtreren, of die specifieke types van molecules van biologische steekproeven scheiden.

„Niemand heeft gaten in graphene voordien gezocht,“ zegt Rohit Karnik, verwante professor van werktuigbouw bij MIT. „Er zijn heel wat chemische methodes die kunnen worden gebruikt om deze poriën te wijzigen, zodat is het een platformtechnologie voor een nieuwe klasse van membranen.“

Karnik en zijn collega's, met inbegrip van onderzoekers van het Indische Instituut van Technologie en de Universiteit van Fahd van de Koning van Aardolie en Mineralen, hebben hun resultaten in het Nano dagboek ACS gepubliceerd.

Karnik werkte met MIT gediplomeerde student Sean O'Hern om materialen „te zoeken die tot niet alleen stijgende veranderingen konden leiden, maar wezenlijke sprongen in termen van de manier de membranen.“ presteren In het bijzonder, goot het team rond voor materialen met twee zeer belangrijke attributen, hoge stroom en tunability: namelijk membranen dat snel de filtervloeistoffen, maar ook gemakkelijk worden gemaakt om bepaalde molecules door te laten terwijl het opsluiten van anderen. De groep die op graphene, voor een deel wegens zijn uiterst dunne structuur en zijn sterkte wordt geregeld: Een blad van graphene is zo dun zoals één enkel atoom, maar sterk genoeg om hoge volumes van vloeistoffen door te laten zonder apart het verscheuren.

Het team trachtte een membraan te bouwen dat 25 vierkante millimeter overspant - een oppervlakte die door graphenenormen groot is, die over een quadrillion koolstofatomen houden. Zij gebruikten graphene samengesteld door chemische dampdeposito, lenend op deskundigheid van het onderzoeksteam Jing Kong, de Verwante Professor van de Ontwikkeling van de Carrière ITT van Elektrotechniek bij MIT. Het team ontwikkelde toen technieken om het grapheneblad naar een polycarbonaatsubstraat over te brengen dat met gaten wordt gestippeld.

Zodra de onderzoekers met succes graphene overbrachten, begonnen zij met het resulterende membraan te experimenteren, dat het blootstelt aan stromend water dat molecules van variërende grootte bevat. Zij theoretiseerden dat als graphene inderdaad ondoordringbaar waren, de molecules van overdwars het stromen worden geblokkeerd. Nochtans, anders toonden de experimenten, als onderzoekers waargenomen zouten die door het membraan vloeien.

Als een andere test, stelde het team een koperfolie met graphene die op het wordt aan een chemische agent gekweekt bloot die koper oplost. In plaats van het beschermen van het metaal, graphene laat de agent die door, het onderliggende koper aantast. Om de grootte van de poriën binnen graphene te testen, probeerde de groep aan filter water met grotere molecules. Het bleek dat er een grens aan de grootte van de poriën was, aangezien de grotere molecules door het membraan niet konden overgaan.

Als definitief experiment, namen Karnik en O'Hern de daadwerkelijke gaten in het graphenemembraan waar, bekijkend het materiaal door een krachtige elektronenmicroscoop bij ORNL in samenwerking met Juan Carlos Idrobo. Zij vonden dat de poriën zich in grootte van ongeveer 1 tot 12 nanometers - enkel wijd genoeg uitstrekten om sommige kleine molecules door selectief te laten.

„Weten wij van deze karakterisering Op dit ogenblik hoe graphene zich gedraagt, en welk soort intrinsieke poriën het heeft,“ Karnik zegt. „In wat betekenis is het de eerste stap aan praktisch het realiseren van graphene-gebaseerde membranen.“

Karnik voegt toe dat een toepassing op korte termijn voor dergelijke membranen een draagbare sensor kan omvatten waarin een laag van graphene „de sensor van het milieu kon beschermen,“ latend door slechts een molecule of een verontreinigende stof van belang. Een Ander gebruik kan in druglevering, met graphene zijn, die met poriën van een bepaalde grootte wordt gestippeld, leverend therapie in een gecontroleerde versie.

„Wij zijn op dit ogenblik tijdens het overbrengen van meer graphene naar verschillende substraten en makend gaten die van ons zegt, een haalbaar membraan voor waterfiltratie maken,“ O'Hern.

De Bos van Scott, een hulpprofessor van werktuigbouw bij de Universiteit van Colorado, zegt de resultaten van de groep de eerste demonstratie zijn die graphene tekorten draagt. Het membraan dat door de groep „wordt ontwikkeld heeft het potentieel een revolutionair membraan“ te zijn dat deeltjes bij de moleculaire schaal scheidt.

De „kwestie die nu moet worden behandeld is of men tussen kleinere molecules kan onderscheiden,“ Bos zegt. „Zodra dit gebeurt, graphene zullen de membranen uiteindelijk de echt opmerkelijke eigenschappen naleven die zij.“ beloven

Andere onderzoekers betrokken bij het werk zijn Cameron Stewart, Michael Boutilier, Sreekar Bhaviripudi, Sarit Das, Tahar Laoui en Muataz Atieh. Dit werk werd gefinancierd door de Universiteit van Fahd van de Koning van Aardolie en Mineralen door het Centrum voor Schoon Water en Schone Energie bij MIT en KFUPM, en werd ook gesteund door het Programma van het ornl- Aandeel.

Bron: MIT

Last Update: 24. October 2012 05:39

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