Name: Synteza i transfer warstwa po warstwie wolnostojących mikroporowatych nanomembran polimerowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: Poznaj metodę syntezy wolnostojących nanomembran polimerowych CMP z użyciem podłoży pośrednich. Technika umożliwia transfer jednorodnych membran o ultraniskiej grubości na różne podłoża.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy nie mają żadnych podziękowań.

1. Synteza cienkich warstw CMP poprzez sekwencyjne dodawanie
<ol>
	<li>Samodzielna monowarstwowa (SAM) funkcjonalizacja złota na mice.
	<ol>
		<li>Przygotować 1 mM roztwór 14-tioacetylo-undekanu kwasu propargylowego14 w etanolu (roztwór SAM). Mieszać za pomocą kąpieli ultradźwiękowej, aż roztwór będzie klarowny. Chroń butelkę przed światłem za pomocą folii aluminiowej.</li>
		<li>Uzyskaj pokryty złotem wafel miki pod argonem. Po wyjęciu z pojemnika do przechowywania, zanurz płytkę mikową bezpośrednio w roztworze SAM na 18 godzin.</li>
		<li>Wyjmij przygotowaną płytkę Au-mica z roztworu SAM, spłucz etanolem i wysusz pod strumieniem azotu. Następnie należy przechowywać podłoże chronione przed światłem i pod gazem obojętnym.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozwiązania prekursorskie.
	<ol>
		<li>Odważyć 18,64 mg katalizatora Cu (tetrakis(acetonitryl)miedź(I)heksafluorofosforan), 20,83 mg tetrafenylometanu (TPM)-alkinu i 24,22 mg TPM-azydku i umieścić każdy składnik w oddzielnej kolbie Schlenka. Patrz rysunek 1 dla TPM-alkina i TPM-azydku, synteza jest opisana w pozycji15. Opróżnij się i napełnij gazem obojętnym (N2 lub argonem) 3 razy.</li>
		<li>Dodać 25 ml bezwodnego tetrahydrofuranu (THF) do każdej kolby Schlenka. Chronić kolby za pomocą azydku TPM i alkinu TPM przed światłem za pomocą folii aluminiowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj aparaturę do produkcji CMP. 
	Uwaga: Aparatura do syntezy jest pokazana na rysunku 2.
	<ol>
		<li>Użyć kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml z jedną szyjką. Uzupełnij 130 ml THF. Umieścić przygotowane podłoże pokryte zakończonym alkinem SAM w komorze na próbkę. Użyj uchwytu na próbki, tak aby podłoże stało pionowo.</li>
		<li>Podłącz aparat do linii Schlenk przez złącze na górze chłodnicy zwrotnej.</li>
		<li>Opróżnić i przewietrzyć gazem obojętnym 3 razy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Dodawanie sekwencyjne w warunkach obojętnych.
	<ol>
		<li>Ustaw grzałkę na 90 °C i poczekaj, aż THF zacznie się cofać.</li>
		<li>Wypuścić THF z komory na próbkę przez wylot na dnie komory na próbkę. Zamknij wylot.</li>
		<li>Podać 1 ml przygotowanego roztworu azydku TPM i 0,5 ml roztworu katalizatora Cu(I) do komory próbki przez nakrętkę z przegrodą. Za pomocą strzykawki z wydrążoną igłą przenieść kolejno roztwory z kolby Schlenka do aparatu reakcyjnego. Uwaga: Sekwencja nie ma wpływu na reakcję.</li>
		<li>Odczekaj około 30 minut.</li>
		<li>Wypuścić roztwór reakcyjny przez wylot na dnie komory próbki. Zamknąć wylot i zebrać skondensowany THF w celu przepłukania próbki. Odczekaj około 30 minut.</li>
		<li>Wypuścić roztwór płuczący przez wylot na dnie komory na próbkę. Zamknij wylot.</li>
		<li>Podać 1 ml przygotowanego roztworu alkinowego TPM i 0,5 ml roztworu katalizatora Cu(I) do komory próbki przez nakrętkę z przegrodą. Za pomocą strzykawki z wydrążoną igłą przenieść kolejno roztwory z kolby Schlenka do aparatu reakcyjnego. Uwaga: Sekwencja nie ma wpływu na reakcję.</li>
		<li>Odczekaj około 30 minut.</li>
		<li>Wypuścić roztwór reakcyjny przez wylot na dnie komory próbki. Zamknąć wylot i zebrać skondensowany THF w celu przepłukania próbki. Odczekaj około 30 minut.</li>
		<li>Powtarzaj kroki od 1.4.3 do 1.4.9, aż zostanie osiągnięta żądana liczba warstw. Uwaga: Jedna warstwa ma grubość około 1 nm.</li>
		<li>Wyjmij podłoże z miki pokryte CMP, przepłucz je THF, etanolem i wysusz pod strumieniem azotu.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Transfer nanomembran CMP
<ol>
	<li>Roztwór poli(metakrylanu metylu) (PMMA).
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór 4% (wag.) PMMA (M 996 kDa) w octanie etylu. Rozpuść PMMA za pomocą kąpieli ultradźwiękowej, aż roztwór będzie klarowny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powłoka wirowa roztworu PMMA.
	<ol>
		<li>Ustaw powlekarkę wirową na czas narastania 10 sekund od 0 do 4 000 obr./min, czas podtrzymania 40 sekund i czas narastania 10 sekund od 4 000 do 0 obr./min.</li>
		<li>Umieść podłoże mikowe pokryte CMP na powlekarce wirowej i umieść roztwór PMMA na płytce, aż zostanie całkowicie pokryty. Uruchom powlekarkę wirową.</li>
		<li>Po zakończeniu wirowania należy umieścić próbkę na 5 minut na płycie grzewczej w temperaturze 90 °C.</li>
		<li>Odciąć 1 mm od każdej krawędzi powlekanego podłoża z miki. Użyj nożyczek, aby przyciąć krawędzie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Transfer nanomembrany CMP pokrytej PMMA.
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór I2/KI/H2O (1:4:40 m/m/m) i KI/H2O (1:10 m/m).</li>
		<li>Napełnić roztwór I2/KIH2Ow naczyniu krystalizacyjnym o pojemności 150 ml i napełnić roztwór KI/H2O w naczyniu krystalizującym o pojemności 100 ml. Umieść złoto CMP pokryte PMMA na podłożu mikowym, z miką w kontakcie z roztworem, na wierzchu roztworu I2/KI/H2O. Uważaj, aby nie zatonął. Odczekaj co najmniej 5 minut.</li>
		<li>Umieścić pokryty PMMA substrat z miki złotej CMP z roztworu I2/KI/H2O na wierzch roztworu KI/H2O, tak aby mika stykała się z roztworem. Uważaj, aby nie zatonął. Odczekaj co najmniej 5 minut.</li>
		<li>Wlej wodę destylowaną do naczynia krystalizującego o pojemności 250 ml. Zdejmij folię PMMA/CMP/złota z miki. Zrób to, lekko zanurzając podłoże, zaczynając od jednej krawędzi, w wodzie destylowanej. Trzymaj podłoże tak, aby mika była skierowana w stronę wody. Uwaga: Procedura jest pokazana na rysunku 3.</li>
		<li>Zanurz PMMA/CMP/złoto na płytce krzemowej. Zrób to, zbliżając się powoli do PMMA/CMP/złota z waflem, aż dotknie krawędzi pływającej membrany PMMA/CMP/złota. Powoli wyciągnij wafel krzemowy, gdy wafel krzemowy zetknie się z membraną PMMA/CMP/gold.</li>
		<li>Zdejmij folię PMMA/CMP/złota z płytki krzemowej. W tym celu należy lekko zanurzyć podłoże, zaczynając od jednej krawędzi, w roztworze I2/KI/H2O. Odczekaj 15 min.</li>
		<li>Po całkowitym wytrawieniu złota przenieś membranę PMMA/CMP do wody przez płytkę krzemową. Odczekaj 15 min.</li>
		<li>Powtórz krok 2.3.7 trzy razy, aby umyć membranę wodą.</li>
		<li>Przenieś umytą membranę PMMA/CMP na żądane podłoże, np. szkiełko mikroskopowe lub płytkę krzemową pokrytą złotem, metodą opisaną w kroku 2.3.5. Pozostaw podłoże PMMA/CMP do wyschnięcia na powietrzu przez co najmniej 2 godziny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozwiązanie PMMA.
	<ol>
		<li>Umieść podłoże PMMA/CMP w acetonie. Poczekaj 30 min. Wyjmij podłoże i spłucz je acetonem.</li>
		<li>Powtórz krok 2.4.1 trzy razy.</li>
		<li>Pozostaw podłoże CMP do wyschnięcia na co najmniej 2 godziny.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Lindemann, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Freestanding+Conjugated+Microporous+Polymer+Nanomembranes+for+Gas+Separation%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Preparation of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes for Gas Separation.</a> Chemistry of Materials. 26 (24), 7193-71 (2014).</li>
<li>Kim, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Ultrathin+Films+of+Molecular+Networks+through+Layer-by-Layer+Cross-Linking+Polymerization+of+Tetrafunctional+Monomers%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Preparation of Ultrathin Films of Molecular Networks through Layer-by-Layer Cross-Linking Polymerization of Tetrafunctional Monomers.</a> Macromolecules. 44 (18), 7092-7095 (2011).</li>
<li>Vonhören, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+Layer-by-Layer+Assembly+of+Thin+Organic+Films+Based+on+Triazolinedione+Click+Chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Macro+Letters%22%5BJournal%5D)">Ultrafast Layer-by-Layer Assembly of Thin Organic Films Based on Triazolinedione Click Chemistry.</a> ACS Macro Letters. 4 (3), 331-334 (2015).</li>
<li>Shekhah, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Step-by-Step+Route+for+the+Synthesis+of+Metal%E2%88%92Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Step-by-Step Route for the Synthesis of Metal−Organic Frameworks.</a> Journal of the American Chemical Society. 129 (49), 15118-15119 (2007).</li>
<li>Shekhah, O., Wang, H., Zacher, D., Fischer, R. A., Wöll, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+Mechanism+of+Metal%E2%80%93Organic+Frameworks%3A+Insights+into+the+Nucleation+by+Employing+a+Step-by-Step+Route%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Growth Mechanism of Metal–Organic Frameworks: Insights into the Nucleation by Employing a Step-by-Step Route.</a> Angewandte Chemie International Edition. 48 (27), 5038-5041 (2009).</li>
<li>Shekhah, O., Liu, J., Fischer, R. A., Wöll, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF+thin+films%3A+existing+and+future+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">MOF thin films: existing and future applications.</a> Chemical Society Reviews. 40 (2), 1081-1106 (2011).</li>
<li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deposition+of+Metal-Organic+Frameworks+by+Liquid-Phase+Epitaxy%3A+The+Influence+of+Substrate+Functional+Group+Density+on+Film+Orientation%5BTitle%5D)+AND+%22Materials%22%5BJournal%5D)">Deposition of Metal-Organic Frameworks by Liquid-Phase Epitaxy: The Influence of Substrate Functional Group Density on Film Orientation.</a> Materials. 5 (9), 1581-1592 (2012).</li>
<li>Such, G. K., Quinn, J. F., Quinn, A., Tjipto, E., Caruso, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assembly+of+Ultrathin+Polymer+Multilayer+Films+by+Click+Chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Assembly of Ultrathin Polymer Multilayer Films by Click Chemistry.</a> Journal of the American Chemical Society. 128 (29), 9318-9319 (2006).</li>
<li>Ai, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+Nanomembranes+%28CNMs%29+Supported+by+Polymer%3A+Mechanics+and+Gas+Permeation%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Carbon Nanomembranes (CNMs) Supported by Polymer: Mechanics and Gas Permeation.</a> Advanced Materials. 26 (21), 3421-3426 (2014).</li>
<li>Jiang, J. -X., Cooper, A. I. in Functional Metal-Organic Frameworks: Gas Storage, Separation and Catalysis. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJiang%2C+J-X+%22Topics+in+Current+Chemistry.+%28ed+Martin+Schr%C3%B6der%29+Ch%22">Topics in Current Chemistry. (ed Martin Schröder) Ch</a>. 293, Springer. Berlin Heidelberg. 1-33 (2010).</li>
<li>Dawson, R., Cooper, A. I., Adams, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoporous+organic+polymer+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Nanoporous organic polymer networks.</a> Progress in Polymer Science. 37 (4), 530-563 (2012).</li>
<li>Muller, T., Bräse, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Click+Chemistry+Finds+Its+Way+into+Covalent+Porous+Organic+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Click Chemistry Finds Its Way into Covalent Porous Organic Materials.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (50), 11844-11845 (2011).</li>
<li>Tsotsalas, M., Addicoat, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalently+linked+organic+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Materials%22%5BJournal%5D)">Covalently linked organic networks.</a> Frontiers in Materials. 2, (2015).</li>
<li>Kleinert, M., Winkler, T., Terfort, A., Lindhorst, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+modular+approach+for+the+construction+and+modification+of+glyco-SAMs+utilizing+1%2C3-dipolar+cycloaddition%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+%26+Biomolecular+Chemistry%22%5BJournal%5D)">A modular approach for the construction and modification of glyco-SAMs utilizing 1,3-dipolar cycloaddition.</a> Organic & Biomolecular Chemistry. 6 (12), 2118-2132 (2008).</li>
<li>Plietzsch, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Four-fold+click+reactions%3A+Generation+of+tetrahedral+methane-+and+adamantane-based+building+blocks+for+higher-order+molecular+assemblies%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+%26+Biomolecular+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Four-fold click reactions: Generation of tetrahedral methane- and adamantane-based building blocks for higher-order molecular assemblies.</a> Organic & Biomolecular Chemistry. 7, (2009).</li>
<li>Greenler, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infrared+Study+of+Adsorbed+Molecules+on+Metal+Surfaces+by+Reflection+Techniques%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Infrared Study of Adsorbed Molecules on Metal Surfaces by Reflection Techniques.</a> The Journal of Chemical Physics. 44 (1), (1966).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Do syntezy filmu CMP roztwór katalizatora musi być świeży. Uszkodzony katalizator (tj. utleniony) jest wskazywany przez niebieskie zabarwienie roztworu. Świeży roztwór jest bezbarwny.
Kluczowym punktem jest przecięcie krawędzi podłoża mikowego po pokryciu wirowym PMMA. Należy również wyciąć defekty w podłożu, tj. każde miejsce, w którym PMMA może stykać się z podłożem mikowym, z powodu brakującej warstwy złota. W przeciwnym razie warstwy złota nie można łatwo usunąć z podłoża...

Przygotowanie ultracienkich membran polimerowych cieszy się dużym zainteresowaniem w zastosowaniach w separacji gazów i nanofiltracji. Wyzwania związane z syntezą są reprezentowane przez (a) kontrolę grubości membrany i jednorodności oraz (b) przenoszenie takich delikatnych membran. Aby sprostać wyzwaniu (a), synteza molekularna warstwapo warstwie1 okazała się bardzo obiecująca w kontrolowaniu grubości i jednorodności cienkich warstw hodowanych na granicy faz ciało stałe-ciecz. 2,3 Kontrolowanie liczby warstw liniowo steruje grubością folii. Metoda l-b-l została z powodzeniem wykorzystana do wytwarzania montowanych powierzchniowo metaloorganicznych szkieletów (SURMOF),4-7 wykazano również syntezę cienkich warstw polimerowych poprzez reakcję l-b-l łańcuchów polimerowych. 8 Wyzwanie określone w lit. b) dotyczy obchodzenia się z tymi ultracienkimi membranami. Aby uniknąć pękania lub marszczenia się nanomembran, bardzo obiecujące okazały się protektorowe nośniki powłok. 9
Tutaj przedstawimy szczegółowy protokół syntezy cienkich warstw 10-13 sprzężonego mikroporowatego polimeru (CMP) poprzez sekwencyjne dodawanie molekularnych bloków budulcowych, o pożądanej grubości i składzie. Przygotowanie wolnostojących nanomembran CMP odbywa się poprzez zastosowanie podpory protektorowej. Aby poradzić sobie z nanomembranami CMP i przenieść je na inne nośniki, opiszemy prosty protokół ochrony membran za pomocą powłok protektorowych i ich unoszenia do granicy faz ciekłego powietrza, a następnie przenoszenia za pomocą powlekania zanurzeniowego.

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>VWR BDH Prolabo</td><td>20066.330</td><td>AnalR NORMAPUR</td></tr><tr><td>Jodek potasu</td><td>VWR BDH Prolabo</td><td>26846.292</td><td>AnalR NORMAPUR</td></tr><tr><td>Octan etylu</td><td>VWR BDH Prolabo</td><td>23882.321</td><td>AnalR NORMAPUR</td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran (THF)</td><td>VWR BDH Prolabo</td><td>28559.320</td><td>HiPerSolv CHROMANORM</td></tr><tr><td>THF bezwodny</td><td>Merck Millipore</td><td>1.08107.1001</td><td>SeccoSolv</td></tr><tr><td>Jod</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>20,777-2</td><td></td></tr><tr><td>Tetrakis(acetonitryl) miedź(I) heksafluorofosforan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>346276-5G</td><td></td></tr><tr><td>Poli(metakrylan metylu) 996 kDa (PMMA)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>182265-25G</td><td></td></tr><tr><td>1.1.1.1 Metanotetraylotetrakis(4-azydobenzen) (TPM-azydek)</td><td></td><td></td><td>Dostarczone przez AK Prof. Br&auml;se. Instytut Chemii Organicznej, Instytut Technologii w Karlsruhe. Syntetyzowany zgodnie z 9.</td></tr><tr><td>1.1.1.1 Metanotetraylotetrakis(4-etynylobenzen) (TPM-alkin</td><td></td><td></td>)<td>Dostarczone przez AK Prof. Br&auml;se. Instytut Chemii Organicznej, Instytut Technologii w Karlsruhe. Syntetyzowany zgodnie z 9.</td></tr><tr>Propargyloamid <td></td><td></td><td>11-tioacetylo-undekananu</td><td>Dostarczone przez AK Prof. Br&auml;se. Instytut Chemii Organicznej, Instytut Technologii w Karlsruhe. Syntetyzowany zgodnie z 8.</td></tr><tr><td>wafel krzemionkowy pokryty złotem/tytanem</td><td>Georg Albert PVD, 76857 Silz, Niemcy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>pozłacana mika</td><td>Georg Albert PVD, 76857 Silz, Niemcy</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

synteza i transfer warstwa po warstwie wolnostojących mikroporowatych nanomembran polimerowych

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP jako materiały o dużej powierzchni cieszą się ostatnio rosnącym zainteresowaniem, ze względu na ich dużą zmienność w włączaniu grup funkcyjnych w połączeniu z ich wyjątkową stabilnością termiczną i chemiczną oraz niską gęstością. Jednak ich nierozpuszczalny charakter powoduje problemy w ich przetwarzaniu, ponieważ zwykle stosowane techniki, takie jak powlekanie wirowe, nie są dostępne. Szczególnie w przypadku zastosowań membranowych, w których pożądane jest przetwarzanie CMP w postaci cienkich warstw, problemy z przetwarzaniem utrudniają ich komercyjne zastosowanie.
Tutaj opisujemy międzyfazową syntezę cienkich warstw CMP na funkcjonalizowanych podłożach poprzez syntezę molekularną warstwa po warstwie (l-b-l). Proces ten pozwala na przygotowanie folii o pożądanej grubości i składzie, a nawet pożądanych gradientach składu.
Użycie podpór protektorowych pozwala na przygotowanie wolnostojących membran poprzez rozpuszczenie podłoża po syntezie. Aby poradzić sobie z takimi ultracienkimi, wolnostojącymi membranami, ochrona powłokami protektorowymi okazała się bardzo obiecująca, aby uniknąć pęknięcia nanomembran. Aby przenieść nanomembrany na pożądane podłoże, powlekane membrany są unoszone do góry na granicy faz powietrze-ciecz, a następnie przenoszone przez powlekanie zanurzeniowe.

Membrany charakteryzowano za pomocą spektroskopii absorpcyjnej w odbiciu podczerwonym (IRRAS).16 Rysunek 4 przedstawia widma IRRA membrany CMP przeniesionej na podłoże złote. Typowe pasma drgań szkieletu aromatycznego znajdują się przy 1,605 cm-1, 1,515 cm-1 oraz 1,412 cm-1. Niezwiązane grupy alkinowe i azydowe można zaobserwować w postaci charakterystycznych pasm przy 2,125 cm-1 i 1,227 cm-1. Rysunek 5 przedstawia obraz z...

W tym artykule opisujemy międzyfazową syntezę sprzężonych mikroporowatych polimerów (CMP) na podłożach protektorowych oraz rozpuszczanie substratu do przygotowania wolnostojących nanomembran CMP. Ponadto opiszemy, w jaki sposób kruche nanomembrany mogą być przenoszone na inne podłoża.

Synteza i transfer warstwa po warstwie wolnostojących mikroporowatych nanomembran polimerowych

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest otrzymanie samodzielnych nanomembran z koniugowanych polimerów mikroporowatych. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie koniugowanych polimerów mikroporowatych, takie jak sposób przygotowania cienkich warstw i samodzielnych membran z materiałów zazwyczaj nierozpuszczalnych. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona na produkcję i przenoszenie jednolitych membran o ultraniskiej i homogenicznej grubości poprzez przeprowadzenie etapu syntezy na podłożu.Choć metodę tę można zastosować w separacji membranowej, może ona być również przydatna w innych zastosowaniach, takich jak elektronika organiczna czy kataliza heterogeniczna. Przedstawienie tej procedury będzie kluczowe dla przeszkolenia technika z naszego laboratorium. Przygotuj aparatury do wytwarzania CMP.Należy użyć jednoszyjkowej kolby okrągło dnem o pojemności 500 ml i dodać 300 ml tetra nitrofuranu lub THF. Do komory z próbką należy umieścić przygotowany substrat pokryty zakończoną grupami alpilejnymi samozorganizowaną monowarstwą (SAM), używając uchwytu do próbek w taki sposób, aby substrat stał pionowo. Aparaturę należy podłączyć do linii Schlenka za pomocą przyłącza na górze chłodnicy zwrotnej.Opróżnij układ z powietrza i przepłucz go gazem obojętnym trzy razy. Następnie usuń THF z komory z próbką przez wylot znajdujący się na dole komory i zamknij wylot. W kolejnym kroku, przez nakrętkę z septem, dodaj do komory z próbką 1 ml przygotowanego roztworu TPM azi oraz 0,5 ml roztworu katalizatora miedziowego.Za pomocą strzykawki z pustą igłą kolejno przenieś roztwory z kolby bocznej do aparatury reakcyjnej. Po odczekaniu około 30 minut wypuść roztwór reakcyjny przez odpływ znajdujący się na dnie komory z próbką. Zamknij odpływ i zbierz skondensowany THF do wypłukania próbki.Odczekać jeszcze około 30 minut, następnie spuścić roztwór płuczący przez wylot u dołu komory z próbką i zamknąć wylot. Przenieść jeden mililitr przygotowanego roztworu TPM Aine oraz 0,5 mililitra roztworu katalizatora miedzi do komory z próbką poprzez nasadkę z septem. Przenieść roztwór sekwencyjnie ze zbiornika do aparatury reakcyjnej, używając strzykawki z igłą pustą w środku.Po odczekaniu około 30 minut należy spuścić roztwór reakcyjny przez wylot znajdujący się na dnie komory z próbką. Zamknąć wylot i zebrać skroplony THF do płukania próbki. Po odczekaniu kolejnych 30 minut powtórzyć sekwencję dodawania, aż do uzyskania pożądanej liczby warstw; jedna warstwa ma grubość około jednego nanometra.W ostatnim kroku wyjmij podłoże z miki powlekanej CMP. Przepłucz je THF i etanolem, a następnie wysusz strumieniem azotu. Ustaw spin coder na czas narastania 10 sekund od 0 do 4 000 RPM, czas podtrzymania 40 sekund oraz czas zwalniania 10 sekund od 4 000 do 0 RPM.Umieść podłoże MICA powlekane CMP na powłokaczu wirowym i nanieś roztwór A-P-M-M-A na płytkę, aż zostanie ona całkowicie pokryta. Uruchom powłokacz wirowy, a następnie odetnij jeden milimetr z każdej krawędzi powleczonego podłoża miki za pomocą nożyczek do wycinania krawędzi. Następnie napełnij 150 ml zniernika roztworem jodku potasu z jodem oraz napełnij 100 ml zniernika roztworem jodku potasu.Umieść złoto CMP pokryte PMMA na podłożu z miki, tak aby mika stykała się z roztworem, na powierzchni roztworu jodku potasu i jodu. Należy uważać, aby podłoże nie zatonęło. Odczekaj co najmniej pięć minut, a następnie przenieś podłoże z miki ze złotem CMP pokrytym PMMA z roztworu jodku potasu i jodu na powierzchnię roztworu jodku potasu, tak aby mika stykała się z roztworem.Ponownie należy uważać, aby próbka nie zatonęła, i odczekać co najmniej pięć minut. Następnie napełnić naczynie krystalizacyjne o pojemności 250 ml wodą destylowaną. Oddzielić złotą warstwę P-M-M-A-C-M-P od MICA, lekko zanurzając podłoże w wodzie destylowanej, zaczynając od jednej krawędzi.Przytrzymaj podłoże tak, aby warstwa MICA była skierowana w stronę wody; wykonaj powlekanie przez zanurzenie (dip coating) złota P-M-M-A-C-M-P na waflu krzemowym, zbliżając go do pływającej membrany złotej P-M-M-A-C-M-P. Powolnymi ruchami przesuwaj wafel, aż dotknie on krawędzi membrany, a następnie powoli go wyciągnij. Gdy wafel krzemowy znajdzie się w kontakcie z membraną złotą P-M-M-A-C-M-P, usuń film złoty P-M-M-A-C-M-P z wafla krzemowego poprzez lekkie zanurzenie podłoża w roztworze jodku potasu i jodu, zaczynając od jednej krawędzi, i odczekaj 15 minut po całkowitym wytrawieniu złota.Przenieś membranę P-M-M-A-C-M-P do wody za pomocą wafla krzemowego i odczekaj kolejne 15 minut. Powtórz ten krok trzykrotnie, aby przemyć membranę wodą. Następnie przenieś przemytą membranę P-M-M-A-C-M-P na wafel krzemowy pokryty złotem.Podobnie jak poprzednio, należy pozostawić podłoże P-M-M-A-C-M-P do wyschnięcia i przewietrzenia przez co najmniej dwie godziny. Aby rozpuścić PMMA, należy umieścić podłoże P-M-M-A-C-M-P w acetonie i odczekać 30 minut.Wyjmij podłoże i opłucz je acetonem. Po trzykrotnym powtórzeniu tego kroku pozostaw podłoże CMP do wyschnięcia na co najmniej dwie godziny. Membrany charakteryzuje się za pomocą spektroskopii odbiciowej w podczerwieni, spektroskopii absorpcyjnej lub IR.Przedstawione tutaj widmo RAS to widmo IRRA z membrany CMP przeniesionej na podłoże złote. Typowe pasma wibracji szkieletu aromatycznego znajdują się przy 1 605, 1 515 i 1 412 cm⁻¹. W przypadku obecności resztkowych grup nieaktywnych, azydowych lub alkinowych można zaobserwować charakterystyczne pasma przy 2 125 i 1 227 cm⁻¹.Tutaj przedstawiono obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Wolnostojąca membrana jest wyraźnie widoczna. Po opanowaniu techniki, proces ten można przeprowadzić w mniej niż godzinę, jeśli jest on wykonywany prawidłowo. Podczas realizacji tej procedury należy pamiętać o przycięciu krawędzi mikro-podłoża po zakończeniu procesu spin coatingu zgodnie z tą procedurą.W celu optymalizacji chemii powierzchni nanomembrany pod kątem pożądanych zastosowań po jej opracowaniu można zastosować inne metody, takie jak modyfikacja syntetyczna lub fotowzorowanie. Technika ta może pomóc badaczom w dziedzinie skoniugowanych mikroporowatych polimerów przenieść obiecujące właściwości materiałów w formie masowej do rzeczywistych urządzeń.

layer-layer-synthesis-transfer-freestanding-conjugated-microporous

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

W niniejszym materiale demonstrujemy sposób wytwarzania termoplastycznych chipów mikrofluidycznych z wykorzystaniem tłoczenia na gorąco i zgrzewania termicznego. Następnie pokazujemy, jak wykorzystać in situ szczepienie powierzchni sterowane światłem oraz polimeryzację przez zgrzany chip w celu utworzenia kompozytowych kolumn fazy stałej.

Wytwarzanie termoplastycznych kanałów mikroprzepływowych

Celem tych badań było stworzenie syntetycznej tkanki ściany komórkowej roślinnej przy użyciu warstwa po warstwie składania włókienek nanocelulozowych i izolowanej ligniny złożonej z rozcieńczonych zawiesin wodnych. Techniki pomiaru powierzchni mikrowagi kryształów kwarcu i mikroskopii sił atomowych zostały wykorzystane do monitorowania tworzenia polimerowo-polimerowego materiału nanokompozytowego.

W kierunku biomimiki drewna: wytwarzane wolnostojące folie z nanocelulozy, ligniny i syntetycznej polikacji

Prosta, solidna i skalowalna technika funkcjonalizacji i samodzielnego montażu makroskopowych warstw nanocząstek-ligandów na podłożach bez szablonów jest opisana w tym protokole.

Technika funkcjonalizacji i samoorganizacji makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligand na podłożach bez szablonów

Opisujemy metodę wytwarzania wielkopowierzchniowych (do 13 cm średnicy) i ultracienkich (tak cienkich jak 8 nm) folii polimerowych. Zamiast używać protektorowej warstwy pośredniej do rozwarstwiania folii od jej podłoża, stosujemy samoograniczającą się obróbkę powierzchni odpowiednią do dowolnie dużych powierzchni.

Wytwarzanie wielkopowierzchniowych, wolnostojących, ultracienkich folii polimerowych

Przedstawiono procedurę syntezy wielościennych nanorurek węglowych szczepionych polistyrenem przy użyciu kolejnych etapów modyfikacji chemicznej w celu selektywnego wprowadzania łańcuchów polimerowych do ścian bocznych i ich samoorganizacji poprzez anizotropową niejednolitość.

Szczepienie wielościennych nanorurek węglowych polistyrenem w celu umożliwienia samoorganizacji i niejednolitości anizotropowej

Opisano metody wytwarzania powierzchni do wzorzystego osadzania pędzli o grubości nanometrów lub usieciowanych warstw o grubości mikronów kopolimeru blokowego azlactonu. Omówiono krytyczne etapy eksperymentalne, reprezentatywne wyniki i ograniczenia każdej metody. Metody te są przydatne do tworzenia funkcjonalnych interfejsów z dostosowanymi cechami fizycznymi i przestrajalną reaktywnością powierzchni.

Wytwarzanie powierzchni reaktywnych za pomocą pędzlowych i usieciowanych warstw kopolimerów blokowych funkcjonalizowanych azlaktonem

Przedstawiono proste, powtarzalne i wszechstronne podejście do syntezy przerośniętych, polikrystalicznych metaloorganicznych membran szkieletowych na szerokiej gamie niemodyfikowanych porowatych i nieporowatych podpór.

Krystalizacja elektroforetyczna ultracienkich, wysokowydajnych membran metaloorganicznych

Przedstawiamy procedurę wysoce kontrolowanego i pozbawionego zmarszczek transferu cienkich warstw kopolimeru blokowego na porowate podłoża za pomocą wydrukowanej w 3D komory drenażowej. Konstrukcja studzienki odpływowej ma ogólne znaczenie dla wszystkich procedur obejmujących przenoszenie warstw makromolekularnych na porowate podłoża, co zwykle odbywa się ręcznie w niepowtarzalny sposób.

Procedura przenoszenia folii polimerowych na porowate podłoża ze zminimalizowanymi wadami

Protokół syntezy i charakterystyki samoorganizujących się monowarstw szkieletu metaloorganicznego jest dostarczany przy użyciu szczepionych polimerami, kryształów metaloorganicznych (MOF). Procedura pokazuje, że cząstki MOF szczepione polimerem mogą być samoorganizujące się na granicy faz powietrze-woda, co skutkuje dobrze uformowanymi, wolnostojącymi, jednowarstwowymi strukturami, czego dowodem jest obrazowanie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej.

Synteza i charakterystyka samoorganizujących się monowarstw metaloorganicznych z wykorzystaniem cząstek pokrytych polimerem

Mikroskopia konfokalna służy do obrazowania spoczynkowych i przepływających mieszanin koloidowo-polimerowych, które są badane jako układy modelowe dla atrakcyjnych zawiesin. Algorytmy analizy obrazu służą do obliczania wskaźników strukturalnych i dynamicznych dla cząstek koloidalnych, które mierzą zmiany spowodowane ograniczeniem geometrycznym.

Obrazowanie konfokalne ograniczonych mieszanin koloidalno-polimerowych w stanie spoczynku i przepływu

Poznaj metodę syntezy wolnostojących nanomembran polimerowych CMP z użyciem podłoży pośrednich. Technika umożliwia transfer jednorodnych membran o ultraniskiej grubości na różne podłoża.

Synteza i transfer warstwa po warstwie wolnostojących mikroporowatych nanomembran polimerowych

Przeglądaj więcej filmów