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《在独立式碳纳米管上的超薄石墨烯氧化膜支持在有机溶剂中增强选择性渗透。》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-02-10

  • 在有机溶剂分离膜所需的各种因素中，膜支架的稳定性对于制备具有普遍的化学稳定性、机械弹性和高通量的膜至关重要。在本研究中，制备了纳米多孔碳纳米管(CNT)薄膜，作为有机溶剂中增强渗透的载体。碳纳米管的优异的化学稳定性使它能够抵抗各种有机溶剂，如甲苯、丙酮和二甲基甲酰胺。此外，CNT的结构稳定性和高孔隙密度支持了一种超薄选择性层的沉积，用于增强通量膜。在碳纳米管支架上沉积了一层薄的石墨烯氧化物(GO)层，证明了膜的性能;之所以选择GO，是因为它具有很高的化学稳定性。CNT-supported去膜有效地阻止分子分子量大于g ~ 800摩尔−1而允许小分子的快速渗透,如萘(渗透是50倍,通过厚膜)和维护选择性渗透在严酷的溶剂后72小时的操作。我们认为，发达的CNT支持可以为有机溶剂膜的选择材料提供基本的见解。

    ——文章发布于2018年1月31日

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  • 《石墨烯新应用，可以过滤有机溶剂的超级纳米膜》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-11-16
    • 由碳基材料-氧化石墨烯制成的薄膜，是一种优良的水溶液分子筛，但迄今为止，人们认为它们不能过滤有机溶剂。一个由英国，中国和西班牙组成的研究团队，现在已经发现，实际上这种薄膜对有机溶剂也具有渗透性，这得益于材料中存在的石墨烯短通道，大约1纳米宽，它们相互关联且随机分布。这一最新研究结果有助于化工、医药和石化行业净化和过滤技术的发展。 石墨烯是一种单层片状碳原子，它只有一个原子的厚度，其中，碳原子被排列在蜂巢状的晶格中。氧化石墨烯（GO）与普通的石墨烯类似，但表面覆盖着含氧基团，如羟基，氧化石墨烯片很容易堆叠在一起，形成极薄的，机械强度很强的薄膜。这些薄膜由数以百万计的，较小的薄片氧化石墨烯组成，在这些薄片之间存在纳米通道（或毛细管）。 2012年，由英国曼彻斯特大学Sir Andre Geim（2004年发现了石墨烯）领导的一个研究小组发现，除了水之外，石墨烯膜可以渗透所有的气体和蒸汽。事实上，Geim的团队发现，水会以极快的速度通过石墨烯膜，即使其它气体和液体被完全阻断。 HLGO完美的层状结构 到目前为止，人们认为氧化石墨烯对有机溶剂是不可渗透的，因为人们对其了解甚少。曼彻斯特Rahul Nair和Yang Su为首的研究人员，现在已经发现，超薄氧化石墨烯膜（即高度片层氧化石墨烯，或者HLGO）实际上是对有机溶剂具有极大的渗透性（如酒精），这是由于他们完美的层状结构。这个结果令人欣喜，因为有机溶剂使用的常规聚合物纳米滤膜（OSN），溶质分子难以从有机溶剂中分离出来，往往不是很耐有机化学品。而陶瓷无机膜用于制造业，成本高，效率低。 研究团队制作的HLGO膜表面光滑，二维纳米管大约10–20微米厚。这种薄膜可以非常薄（只有10纳米），而不会失去任何过滤特性。 HLGO薄膜是目前最先进的有机溶剂纳米膜 Nair解释说：“使用这些膜过滤多种有机染料分子（小至1 nm），甚至是溶解在有机溶剂中的苯环也可以，我们发现，他们只允许溶剂渗透，而是否阻塞染料分子取决于他们分子大小。可以看到，没有染料分子通过后，溶液的颜色是无色的，因为它不再含有任何染料分子，只包含溶剂。 为了使这种膜成为高效过滤器，它们需要溶液以高流速通过，而且它们也必须有一个精确的筛孔尺寸，他补充说。由于膜的独特结构，我们的氧化石墨烯膜满足了这两个标准。事实上，在染料分子截留与溶剂通量方面，我们的膜毫无疑问是最先进的。” 桥联孔让膜成为一个原子尺度的筛子 我们制作的膜具有独特的层状结构，每一层含有许多小孔，他告诉nanotechweb.org。“低于一个临界厚度，这些小孔会穿透膜，因此不能筛选什么。然而，厚度超过8 nm（或八层氧化石墨烯），这些石墨烯纳米通道大约为1nm，可以使膜成为一个原子尺度的筛子”。 研究人员说，考虑到这些膜对化学物质的抵抗能力，它们可以用于各种过滤应用。例如，他们可以收回小分子有机溶剂，或从多余的溶质分子中分离溶剂，”Nair解释。这给化学、制药和石化工业带来了新的应用。例如，在药品行业中，高质量的分离和浓缩过程是从稀悬浮液中获得高纯度产品的关键。这些过程增加了药物分子的生产成本，所以更有效的分离膜可能有助于降低成本。 研究团队的研究结果发表在Nature Materials杂志上DOI: 10.1038/nmat5025，他们正在为这种新型薄膜寻找其它测试方法和具体应用。 原文来自nanotechweb，原文题目为Graphene-oxide membranes filter organic solutions
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  • 《新闻稿:物理学家解释薄碳纳米管薄膜的金属导电性》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2017-11-29
    • 一个来自MIPT的国际研究团队;列别捷夫物理研究所,RAS;Prokhorov综合物理研究所，RAS;Skoltech;Aalto大学(芬兰)研究了基于单壁碳纳米管的薄宏观薄膜的光学和介电特性，并利用红外和tera赫兹光谱学对其导电性的金属性质进行了解释。研究结果发表在《碳与纳米技术》杂志上。 一个单壁碳纳米管，或SWNT，可以被描绘成一个石墨烯薄片卷成圆柱体。轻、强、耐高温，SWNTs可作为复合材料的添加剂，使其更耐用，或作为制造气溶胶过滤器和电化学传感器的积木。透明和灵活的碳纳米管薄膜——也就是由相互交叉的纳米管形成的二维结构——有各种各样的潜在应用，例如在柔性电子设备上的超级电容器或透明电极——可以弯曲、折叠和扭曲而不断裂的电子设备。因此，研究这些薄膜的电荷转移机制对于基础研究和实际应用都很重要。 物理学家们用特拉赫茨-红外光谱(terahertz -红外光谱)测量了不同温度下的薄膜的光学和电特性，从- 268摄氏度到室温，以及一系列不同的辐射波长——从紫外光到太赫兹(波长约1毫米)。通过对薄膜与辐射相互作用的研究，得出了有关薄膜电动力学的基本数据。 采用气溶胶化学气相沉积法合成了SWNT薄膜。简单地说，一种催化剂前体茂铁的蒸汽被供应到CVD反应器中，在那里它在一氧化碳的大气中分解，形成纳米级的催化剂颗粒。在它们表面，一氧化碳(CO)歧化-同时氧化和还原-发生，最后SWNTs生长。反应器出口的气流经过过滤，SWNTs被收集到硝基纤维素过滤器上。通过改变采集时间的长短，可以获得不同厚度的膜。重要的是，SWNT薄膜可以很容易地通过干燥的沉积或在其独立的形式中使用，也就是说，没有底物。这种方法可以生产高质量的纳米管，没有无定形的碳杂质。 由于SWNTs中的所有碳原子都位于它们的表面，所以相对容易改变这种独特材料的电性。我们可以通过将掺杂剂加入纳米管或用电子受体或受体分子涂层来提高薄膜的电导率，”Skoltech的Albert Nasibulin教授说。在他们的研究中，科学家们在样本中涂上了氯化金，其溶液充当了兴奋剂，并通过将碘和氯化铜填充在适当的蒸汽中，从纳米管中获得薄膜。这样的处理增加了填充管的电荷载体密度，减少了它们之间的接触电阻，使柔性透明的电极和材料具有选择性电荷转移，用于光电子和自旋电子学。 为了在电子产品中使用，电影需要是有效的电荷载体，所以物理学家们研究了他们介电常数的宽带谱。但柔性电子技术也将要求薄膜是透明的，因此它们的光学导电性也被测量了。这两种分析都是在一个广泛的温度范围内进行的，从绝对零度以上到室温。特别感兴趣的是在特拉赫兹和远红外线区域获得的数据。虽然先前的研究结果指出了tera赫兹电导率光谱的峰值(根据研究的不同，频率在0.4到30之间)，但这篇论文并没有明确指出这一现象。作者将这样的结果归因于他们电影的高质量。 由于分析了1000 cm- 1以下频率下的薄膜的光学和介电特性，揭示了典型的导电材料的光谱特征，如金属，研究小组决定采用由Paul Drude开发的相应的电导率模型。根据这个模型，导体中的电荷被自由的载体所转移:就像理想气体分子一样，它们在晶格中的离子之间移动，与它的振动、缺陷或杂质相碰撞。在这项研究中，电荷载体也分散在单个纳米管的交叉处的能量屏障上。然而，正如分析所指出的那样，这些障碍是无关紧要的，并且允许电子在胶片上自由移动。利用德鲁德模型，可以定量地分析各载体有效参数的温度依赖性，即浓度、移动性、平均自由程和碰撞时间之间的关系，这对电影的电动力特性负责。 “我们的研究清楚地表明，tera赫兹光谱学为研究宏观尺度碳纳米管薄膜的电导率机制提供了一种有效的工具，并确定了非接触方式电荷载体的有效参数。”我们的研究结果表明，这些薄膜可以成功地作为各种微电子和纳米电子器件中的组件或组件使用，”MIPT的Terahertz光谱实验室的副主任埃琳娜·朱可娃说。 这篇报道的研究得到了俄罗斯联邦教育和科学部的支持(项目5 - 100，联邦目标项目批准号)。RFMEFI59417X0014)和俄罗斯基础研究基础(第15 -12- 30041号)。 ——文章发布于2017年11月23日
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