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Graphene Nanopores Podia Ter Aplicações como as Membranas para Filtragem Avançada

Published on October 24, 2012 at 4:49 AM

Muito foi feito das qualidades excepcionais dos graphene, de sua capacidade para conduzir o calor e a electricidade melhores do que todo o outro material a sua força incomparável: Trabalhado em um material composto, o graphene pode repelir balas melhor do que Kevlar. A pesquisa Precedente igualmente mostrou que o graphene pristine - uma folha microscópica dos átomos de carbono arranjados em um teste padrão do favo de mel - está entre os materiais os mais impermeáveis descobertos nunca, fazendo o ideal da substância como um filme da barreira.

Uma imagem de alta resolução da HASTE de um grande furo no graphene. O furo é sobre 10nm no diâmetro. Tomado no Laboratório Nacional de Oak Ridge. Crédito de Imagem: Juan Carlos Idrobo

Mas o material não pode ser tão impenetrável como os cientistas têm o pensamento. Projetando as membranas relativamente grandes das únicas folhas do graphene crescidas pelo depósito de vapor químico, os pesquisadores de MIT, Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) e em outra parte encontraram que o material carrega defeitos intrínsecos, ou furos em sua armadura átomo-feita sob medida. Nas experiências, os pesquisadores encontraram que as moléculas pequenas como sais passaram facilmente através dos poros minúsculos de uma membrana do graphene, quando as moléculas maiores eram incapazes de penetrar.

Os resultados, os pesquisadores dizem, ponto não a uma falha no graphene, mas à possibilidade de prometer aplicações, tais como as membranas que contaminadores microscópicos do filtro da água, ou que tipos específicos separados de moléculas das amostras biológicas.

“Ninguém procurou furos no graphene antes,” diz Rohit Karnik, professor adjunto da engenharia mecânica no MIT. “Há muitos métodos químicos que podem ser usados para alterar estes poros, assim que é uma tecnologia da plataforma para uma classe nova de membranas.”

Karnik e seus colegas, incluindo pesquisadores do Instituto de Tecnologia e do Rei Indianos Fahd Universidade do Petróleo e dos Minerais, publicaram seus resultados no jornal ACS Nano.

Karnik trabalhou com aluno diplomado Sean O'Hern do MIT para procurar os materiais “que poderiam conduzir não apenas às mudanças incrementais, mas os pulos substanciais em termos das membranas da maneira executam.” Em particular, o molde da equipe ao redor para materiais com dois atributos chaves, fluxo alto e tunability: isto é, as membranas que filtram rapidamente líquidos, mas são costuradas igualmente facilmente para deixar completamente determinadas moléculas ao prender outro. O grupo estabelecido no graphene, na parte devido a sua estrutura extremamente fina e a sua força: Uma folha do graphene é tão finamente quanto um único átomo, mas forte bastante para deixar completamente volumes altos de líquidos sem shredding distante.

A equipe exps à membrana do coordenador A que mede 25 milímetros quadrados - uma área de superfície que fosse grande por padrões do graphene, guardarando sobre átomos de carbono do quadrillion. Usaram o graphene sintetizado pelo depósito de vapor químico, pedindo na experiência do grupo de investigação de Jing Kong, o Professor Adjunto da Revelação de Carreira do ITT da Engenharia Elétrica no MIT. A equipe desenvolveu então técnicas para transferir a folha do graphene a uma carcaça do policarbonato pontilhada com furos.

Uma Vez Que os pesquisadores transferiram com sucesso o graphene, começaram a experimentar com a membrana resultante, expor o à água de fluxo que contem moléculas de tamanhos de variação. Teorizaram que se o graphene era certamente impermeável, as moléculas estariam obstruídas do fluxo transversalmente. Contudo, experimenta mostrado de outra maneira, como os pesquisadores observados salga correr através da membrana.

Como um outro teste, a equipe exps uma folha de cobre com o graphene crescido nele a um agente químico que dissolvesse o cobre. Em vez de proteger o metal, o graphene deixou o agente completamente, corrmoendo o cobre subjacente. Para testar o tamanho dos poros dentro do graphene, o grupo tentou filtrar a água com moléculas maiores. Pareceu que havia um limite ao tamanho dos poros, porque as moléculas maiores eram incapazes de passar através da membrana.

Como uma experiência final, Karnik e O'Hern observaram os furos reais na membrana do graphene, olhando o material através de um microscópio de elétron potente em ORNL em colaboração com Juan Carlos Idrobo. Encontraram que os poros variaram em tamanho de aproximadamente 1 a 12 nanômetros - apenas largamente bastante deixaram selectivamente algumas moléculas pequenas completamente.

“Agora nós sabemos desta caracterização como o graphene se comporta, e que tipo dos poros intrínsecos tem,” Karnik diz. “Em algum sentido é a primeira etapa praticamente a realizar as membranas graphene-baseadas.”

Karnik adiciona que um pedido a curto-prazo para tais membranas pode incluir um sensor portátil em que uma camada de graphene “poderia proteger o sensor do ambiente,” deixando através somente de uma molécula ou de um contaminador do interesse. Um Outro uso pode estar na entrega da droga, com o graphene, pontilhado com os poros de um tamanho determinado, entregando terapias em uma liberação controlada.

“Nós somos agora em processo de transferir mais graphene às carcaças diferentes e fazendo os furos do nossos próprios, fazendo uma membrana viável para a filtragem da água,” O'Hern diz.

O Grupo de Scott, um professor adjunto da engenharia mecânica na Universidade Do Colorado, diz que os resultados do grupo são a primeira demonstração que o graphene carrega defeitos. A membrana desenvolvida pelo grupo “tem o potencial ser uma membrana revolucionária” que separe partículas na escala molecular.

“A edição que precisa agora de ser endereçada é se uma pode discriminar entre moléculas menores,” o Grupo diz. “Uma Vez Que isto acontece, as membranas do graphene viverão eventualmente até as propriedades verdadeiramente notáveis que prometem.”

Outros pesquisadores envolvidos no trabalho são Cameron Stewart, Michael Boutilier, Sreekar Bhaviripudi, Sarit DAS, Tahar Laoui e Muataz Atieh. Este trabalho foi financiado pelo Rei Fahd Universidade do Petróleo e dos Minerais através do Centro para a Agua Potável e Energia Limpa no MIT e no KFUPM, e igualmente apoiado pelo programa da Parte de ORNL.

Source: MIT

Last Update: 24. October 2012 05:41

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