Ionselectieve slimme poreuze membranen

Een onderzoeksgroep heeft een ionselectief slim poreus membraan ontwikkeld dat kan reageren op prikkels van buitenaf, waardoor mogelijk de weg wordt geëffend voor nieuwe toepassingen in moleculaire scheiding en detectietoepassingen.

Poreuze dunne films hebben de aandacht van wetenschappers getrokken vanwege hun potentiële gebruik in sensoren, energieoogst en ionen / moleculaire scheiding.

Nanostructuur-eigenschappen, zoals poriegrootte, dikte en filmdichtheid, beïnvloeden de moleculaire selectiviteit en moleculaire permeabiliteit. Oppervlakte-eigenschappen hebben ook een aanzienlijke invloed op de moleculaire selectiviteit.

Het is dus belangrijk om zowel de 3D-nanostructuren als de oppervlakte-eigenschappen van ultradunne poreuze films te kunnen beheersen.

Eerder onderzoek wierp licht op slimme poreuze membranen, die bedekt zijn met moleculen die kunnen reageren op externe prikkels zoals licht, temperatuur en pH. Toch is hun toepassing op poreuze dunne films met een extreem dunne filmdikte van minder dan 10 nm een ​​enorme uitdaging gebleken voor wetenschappers.

“In onze studie zijn we erin geslaagd responsief poreus SiO te ontwikkelen₂ dunne films met een extreem dunne filmdikte van 8 nm met een gelijkmatig bedekt oppervlak in een pH-responsief silaankoppelingsmiddel, “zei Yuya Ishizaki van de Graduate School of Engineering aan de Tohoku University en co-auteur van de studie.” dunne film kan de oppervlaktelading aanpassen afhankelijk van de pH-verandering in de oplossing, wat resulteert in selectieve ionenpermeatie. “

Om de poreuze films met een gecontroleerde structuur tot op nm-schaal nauwkeurigheid voor te bereiden, concentreerde de onderzoeksgroep zich op polymere dunne films die silsesquioxanen bevatten, die unieke kooistructuren hebben.

De polymeerfilms werden vervaardigd met behulp van de Langmuir-Blodgett-techniek, gekozen omdat het beheersbaarheid van de filmdikte op moleculaire schaal verschaft. Langmuir-Blodgett polymeer nanobladen maken het ook mogelijk om poreus SiO te fabriceren₂ dunne films met gecontroleerde nanostructuren door eenvoudige UV-rechtse bestraling onder omgevingsomstandigheden.

“We zijn van plan om in de toekomst zeer efficiënte scheidingsmembranen en detectiematerialen te ontwikkelen die profiteren van de extreem dunne filmdikte en gecontroleerde oppervlakte-eigenschappen”, voegt Ishizaki toe.