En dråbe sprit og kontorlaminator giver et løft af fremstillingsevnen for nanomaterialer

Vanderbilts ingeniører brugte en dråbe sprit, en kontorlaminator og kreativitet til at udvikle skalerbare processer til fremstilling af enkeltatoms tynde membraner. Deres membraner udkonkurrerede state-of-the-art kommercielle dialysemembraner, og tilgangen er fuldt ud kompatibel med roll-to-roll-fremstilling.

Detaljer om det fantasifulde eksperiment er for nylig offentliggjort i tidsskriftet Royal Chemistry Society :"Skalerbar syntese af nanoporøse atomisk tynde grafenmembraner til dialyse og molekylære separationer via let isopropanol-assisteret varm laminering."

Grafenmembraner præsenterer potentiale for banebrydende fremskridt inden for adskillelse af en række mikroskopiske ioner og molekyler, inklusive salte, proteiner eller nanopartikler, og er relevante for industrielle anvendelser til vandafsaltning og gasseparationer. Sådanne membraner er også nyttige til kemikalier, biologisk og medicinsk forskning og rensning af stoffer, der anvendes i lægemidler.

"Som ingeniører søger vi altid at gøre teknologier skalerbare, og dette er et vigtigt skridt hen imod at gøre grafenmembraner skalerbare og praktiske til fremstilling, " sagde Piran R. Kidambi, adjunkt i kemi og biomolekylær teknik. "Fremstilling af rulle-til-rulle højkvalitets monolagsgrafen er bydende nødvendigt for at fremme nanoporøse atomisk tynde membraner (NATM'er) til molekylære adskillelser.

"Det, der er udfordrende, er processen med at overføre grafen til det understøttende polymerlag for at lave funktionelle membraner, " sagde Kidambi. "Polymerstilladser, der almindeligvis anvendes til grafenoverførsel, efterlader typisk polymerrester og andre forurenende stoffer, der kan påvirke ydeevnen af ​​enkeltatomtykke membraner, og overførsler uden polymerstilladser lider af lavt udbytte, hvilket resulterer i uønsket lækage."

Kidambi og hans laboratorieteam, første forfatter Peifu Cheng og Nicole K. Moehring, i samarbejde med forskere ved Oak Ridge National Lab, Juan Carlos Idrobo og Ilia N. Ivanov, viser, at en varm lamineringsproces ved brug af sprit muliggør en ren overførsel af grafen til polycarbonatunderstøtninger med 99,2 % dækning, samtidig med at understøtningens porøsitet bevares.

"Vi demonstrerer fuldt funktionelle centimeterskala grafenmembraner, der viser rekordhøje permeanser - størrelsesordener højere - og bedre selektivitet end kommercielt

tilgængelige state-of-the-art polymere dialysemembraner, " sagde Peifu. "Dette er en skalerbar tilgang til fremstilling af grafenmembraner til praktiske anvendelser og er fuldt ud kompatibel med roll-to-roll fremstillingsprocesser."