美开发出具有高度均匀亚纳米通道的自组装聚合物膜

2011-1-28 13:56 来源: 科技日报
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其通道大小和形状均可量身定制

  据美国物理学家组织网近日报道,未来学家曾设想过一种分子通道聚合物膜,可用来捕获碳,生产以太阳能为基础的燃料,或进行海水淡化处理,不过前提是这类聚合物膜可以很容易地大规模制造。美国科学家最近开发出一种具有高度均匀亚纳米通道的自组装聚合物膜,首次实现了在宏观尺度上利用有机纳米管制备功能膜,且其生产工艺符合商业生产要求,标志着这一技术已成功地迈出了重要一步。

  细胞膜是大自然最重要的发明之一,它通过通道的大小、形状及表面化学来控制关键分子和离子进出细胞。在自然界中,多肽链两端连接在一起可构成环状结构。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和美国加州大学伯克利分校的研究人员使用的就是以这种自然形成的环肽所构成的有机纳米管。这种自然有机纳米管与碳纳米管不同,它具有可逆性,这意味着其大小和方向在制造过程中都比较容易修改。

  除了这种可以自组装的环肽纳米管,研究人员在制备聚合膜的过程中还使用了嵌段共聚物,其可在宏观尺度上自组装成纳米阵列结构。环肽纳米管和嵌段共聚物以共价键相连,这样就形成了以环肽纳米管和嵌段共聚物两种自组装系统构成的宏观尺度亚纳米多孔膜。科学家表示,未来这种多孔薄膜的通道大小和形状均可根据有机纳米管的分子结构来量身定制。

  美国加州大学伯克利分校负责该项目的徐婷表示,该技术的关键是共轭聚合物,它控制环肽和嵌段共聚物界面,使它们同步自组装,从而让纳米管通道只在聚合物膜框架内形成。徐婷及其同事目前已可以制备数厘米大小的具有高密度阵列通道的多孔膜。这些通道经二氧化碳和新戊烷测试表明,小分子二氧化碳的渗透率高于大分子新戊烷。

  徐婷表示,下一步将利用这种技术来制备更厚的多孔膜。她认为,理论上,该技术没有尺寸限制,制备较大面积的多孔膜不存在问题。该技术证明,通过控制各组分的二次交互作用,可同步多重自组装过程。该技术有助于克服功能材料的技术瓶颈,为实现多组分层次结构开辟了一条新途径。