ディスコティックリン酸ジルコニウムの二次元モデル材料を開発しました。ラメラ構造を有する無機結晶は、水熱法、還流法、およびマイクロ波支援法によって合成されました。有機分子による剥離により、層状結晶を単分子膜に変換することができ、十分な濃度の単分子膜でネマチック液晶相が形成されました。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
この記事について
サマリー
要約
天然粘土に豊富に含まれており、先端材料への応用が可能であるため、ディスコティックナノ粒子は科学者やエンジニアにとって興味深いものです。このような異方性ナノ結晶を単純な化学的方法によって成長させることは困難な課題です。本研究では、リン酸ジルコニウム[Zr(HPO4)2・H2O]をモデル材料として、水熱法、還流法、マイクロ波支援法を用いてディスコティックナノディスクを作製する。結晶の成長は、反応する種の持続時間、温度、および濃度によって制御されます。採用された方法の新規性は、多分散性を十分に制御範囲内に保ちながら、数百ナノメートルから数マイクロメートルの範囲のサイズのディスコティック結晶を得ることができることです。層状ディスコティック結晶は、テトラ-(n)-ブチルアンモニウム水酸化物[(C4H9)4NOH、TBAOH]による剥離により単層に変換されます。剥離したディスクは、等方性液晶相とネマチック液晶相を示します。ディスク懸濁液のサイズと多分散性は、その相挙動を決定する上で非常に重要です。
概要
円盤状コロイド粘土、アスファルテン、赤血球、及び真珠層の形で天然に豊富です。ポリマーナノコンポジット1、バイオミメティック材料、機能性膜2、ディスコティック液晶の研究3および4は 、円盤状のコロイドナノディスクに基づいて開発されたピッカリングエマルション安定剤を含む多くの工学的システムでのアプリケーションの範囲。均一性と低い多分散性を有するナノディスクは、液晶の位相と変換を研究するために重要です。リン酸ジルコニウム（ZrPのは）整然とした層構造と制御可能なアスペクト比（直径以上の厚さ）を有する合成ナノディスクです。したがって、ZrPのの異なる合成の探査は、ディスコティック液晶システムの基本的な理解を確立するのに役立ちます。
ZrPのの構造は、1964年5でクリアフィールドとStynes によって明らかにされた。たZrPの層状結晶の合成のために、熱水と逆流の方法は、一般的に6,7を採用しています。還流法が同じ持続時間のためのより小さな結晶を与えながら、水熱法は、400から25％6内の1500 nmおよび多分散性に至るまでのサイズに良好な制御を提供します。マイクロ波加熱は、ナノ材料8の合成のための有望な方法であることが証明されています。しかし、マイクロ波支援経路に基づいてのZrPの合成を記載ない論文は....
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
プロトコル
水熱合成法を用いたα-ZrPの1.合成
- 塩化ジルコニル八水和物（のZrOCl 2・8H 2 O）150ミリリットル丸底フラスコ内の脱イオン3.75ミリリットル（DI）中の水の6グラムを溶かします。
- 激しく攪拌しながら脱イオン（DI）水8.25 mlで添加すること、続いて、ステップ1.1で調製したのZrOCl 2溶液に15 Mリン酸（H 3 PO 4）を滴下し、48 mLを加え。
- 80ミリリットルの容量のテフロンでライニング圧力容器内にゲル状の混合物を生じた注ぎます。ステンレス鋼殻と蓋、圧力プレートで構成される熱水オートクレーブ内に容器を配置し、うまく締めます。
- 24時間200℃の対流式オーブンの中に水熱オートクレーブを置きます。
- 反応後、水熱オートクレーブは周囲の冷却下、室温に8時間を冷却することができます。
- 2で遠心分離機を用いて冷却した後、遠心分離管中のα-ZrPのディスクを収集し、10分間、500×gで。上澄み液は腐食性のある未反応のリン酸を含有しているので廃棄物処理容器内の液体部分を収集します。
- その後、再び10分間、2500×gで1分間遠心のための渦-のZrPをαに水40mlを加えます。酸のすべてが洗い流されることを確実にするために、この手順を3回繰り返します。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
結果
α-ZrPのナノディスクの図1A-Cに示すSEM画像は、それぞれ、水、還流、およびマイクロ波支援方法から得られます。これは、α-ZrPのナノディスク形状と合成条件と準備方法に応じて異なる厚さの六角形示すことが観察されました。我々のグループ6から以前に報告された研究では、結晶成長時間48時間以上のために、ディスクのエッジがシャープになることを示唆しています。通常、還流法収率α-ZrPのリン酸の濃度と反応時間6,7を含む同様の反応条件で水熱法で得られたよりもサイズが小さく、より少ない定期六角形でのナノディスク。 図1Dは、粒度分布のDSL結果を示しますそれに応じて三つの異なる合成し法でZrPの懸濁液を剥離します。
図2 は、マイクロ波アシスト法によって作製α-ZrPの結晶のTEM画像を.......
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
ディスカッション
還流法は、均一な直径と厚さのα-ZrPのの小さいサイズを作るための良いオプションです。水熱合成法と同様に、還流法は、準備時間によって制限されます。一般に、結晶が成長するための時間がかかります。
還流法に必要な長い反応時間は、より大きなサイズを有するナノディスクをもたらすことができます。剥離したナノディスクの平均サイズは、動的光散乱（DLS）によって測定されます。本研究では、剥離したZrPナノディスクのサイズは、19.6％の多分散性を持つ1021.5 nmで、7.0％の多分散性を持つ289.8 nmで、水熱法（12 MH 3 PO 4、24時間）、還流法のための19.1％の多分散性を持つ477.5 nmの（12ありますH 3 PO 4、24時間）及びマイクロ波支援合成（15 H 3 PO 4、1時間）。我々はまた、HシータたZrP（θ-たZrP）、還流法はZrPの異なる位相を合成するために使用することができることを見出しました大きな層間間隔は、混合手順及.......
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
開示事項
開示することは何もありません。
謝辞
この作業は、NSF(DMR-1006870)とNASA(NASA-NNX13AQ60G)によって部分的にサポートされています。X. Z. Wangは、テキサスA&M大学のMary Kay O'Connor Process Safety Center(MKOPSC)からの支援に感謝しています。また、ミン・シュアイ氏の指導にも感謝します。
....アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Material | |||
| 塩化ジルコニル八水和物 | Fischer Scientific (Acros Organics) | AC20837-5000 | 98% + |
| o-リン酸 | Fischer Scientific | A242-1 | ≥ 85% |
| Tetra Butyl Ammonium Hydroxide | Acros Organics (Acros Organics) | AC176610025 | 40% wt. (1.5 M) |
| Equipment | |||
| 反応オーブン | フィッシャーサイエンティフィック | CL2遠心分離 | アイソテンプラーオーブン(温度350まで °C) |
| 遠心分離機 | Thermo Scientific | Not Available | 回転数:100 - 4,000 rpm |
| Microwave Reactor | CEM Corporation | Discover and Explorer SP | Temp. Up to 300 °C、最大300までパワーアップ W、最大30 バール |
参考文献
- Usuki, A., Hasegawa, N., Kato, M. Polymer-clay nanocomposites. Adv Polym. 179, 135-195 (2005).
- Varoon, K., et al. Dispersible Exfoliated Zeolite Nanosheets and Their Application as a Selective Membrane. Science. 334, 72-75 (2011).
- Mejia, A. F., et al.
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
再版と許可
