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Chemistry

Diblock copolymer supramolecules से Gyroid निकल Nanostructures

Published: April 28, 2014 doi: 10.3791/50673
Automatic Translation
1, 2, 1, 3, 2, 1, 1
1Department of Polymer Chemistry, Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen, 2Materials Science, Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen, 3ICTM - Center for Catalysis and Chemical Engineering

Summary

यह लेख आत्म इकट्ठे diblock copolymer आधारित supramolecules से प्राप्त nanoporous टेम्पलेट्स पर electroless धातु बयान के माध्यम से सुव्यवस्थित निकल nanofoams की तैयारी का वर्णन है.

Abstract

Nanoporous धातु foams गुणों की एक अद्वितीय संयोजन के अधिकारी - वे thermally और विद्युत प्रवाहकीय, catalytically सक्रिय हैं, और इसके अलावा, उच्च porosity, उच्च सतह मात्रा को और शक्ति को वजन अनुपात है. दुर्भाग्य से, धातु nanostructures की तैयारी के लिए आम दृष्टिकोण उनके यांत्रिक गुणों पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है जो अत्यधिक अव्यवस्थित वास्तुकला, सामग्री के साथ प्रस्तुत करना. ब्लॉक copolymers का आदेश दिया है nanostructures में स्वयं को इकट्ठा करने की क्षमता है और सुव्यवस्थित धातु nanofoams की तैयारी के लिए टेम्पलेट्स के रूप में लागू किया जा सकता है. यहाँ हम एक ब्लॉक copolymer आधारित supramolecular परिसर के आवेदन का वर्णन - polystyrene ब्लॉक पाली (4-vinylpyridine) (pentadecylphenol) पी एस-B-P4VP (पीडीपी) - सुव्यवस्थित निकल nanofoam के लिए एक अग्रदूत के रूप में. supramolecular परिसरों पारंपरिक copolymers ब्लॉक करने के लिए इसी तरह के एक चरण व्यवहार प्रदर्शन और bicontinuous gyroid आकारिकी बुद्धि में स्वयं को इकट्ठा कर सकते हैंएक P4VP (पीडीपी) मैट्रिक्स में रखा घंटे दो पुनश्च नेटवर्क. पीडीपी धातु के साथ backfilled किया जा सकता है कि एक झरझरा संरचना के गठन के लिए अग्रणी इथेनॉल में भंग किया जा सकता है. Electroless चढ़ाना तकनीक का उपयोग करना, निकल टेम्पलेट के चैनल में डाला जा सकता है. अंत में, शेष बहुलक उलटा gyroid आकारिकी साथ nanoporous निकल फोम में जिसके परिणामस्वरूप बहुलक / अकार्बनिक nanohybrid से pyrolysis के माध्यम से हटाया जा सकता है.

Introduction

धातु nanofoams की तैयारी के लिए उपलब्ध कई तकनीकें हैं: 1-3 dealloying, जेल प 6,7 nanosmelting, 4,5 दृष्टिकोण है, और दहन संश्लेषण 8. Dealloying प्रक्रिया में शुरू सामग्री आमतौर पर उदाहरण के लिए एक द्विआधारी मिश्र धातु, चांदी और सोने की एक मिश्र धातु है. कम महान धातु, इस मामले में चांदी, या तो रासायनिक या electrochemically nanosized स्नायुबंधन साथ एक अव्यवस्थित झरझरा सोने फोम में जिसके परिणामस्वरूप हटाया जा सकता है. दहन संश्लेषण में, धातु अपने अपघटन के दौरान ऊर्जा रिलीज और धातु nanofoam 8 के गठन को चलाने वाली एक ऊर्जावान अग्रदूत के साथ मिश्रित है. धातु foams के यांत्रिक व्यवहार पर अध्ययन अव्यवस्थित आर्किटेक्चर में तनाव समग्र macroscale 9-11 को बंधन से nanoscale प्रभावी ढंग से प्रेषित नहीं किया जा सकता है कि संकेत मिलता है. इस प्रकार सुव्यवस्थित धातु nanofoams की तुलना में बेहतर यांत्रिक गुणों है की संभावना हैअव्यवस्थित वाले.

यहाँ प्रतिनिधित्व विचार धातु nanofoams के लिए व्यापारियों के रूप में आदेश दिया है nanostructures में स्वयं को इकट्ठा ब्लॉक copolymers कि रोजगार के लिए है. गोलाकार, बेलनाकार, परतदार, डबल gyroid, hexagonally छिद्रित तहदार, और दूसरों को 12-14: एक ब्लॉक copolymer, monomer इकाइयों की कुल संख्या और रासायनिक जुड़े ब्लॉकों के बीच प्रतिकर्षण की हद तक की संरचना पर निर्भर करता है, विभिन्न morphologies जैसे दिखाई देते हैं . इसके अलावा, बहुलक ब्लॉक nanoporous सामग्री के लिए 15 प्रमुख चुनिंदा अपमानित किया जा सकता है. सबसे आम तरीकों में शामिल हैं: ozonolysis 16-18, यूवी विकिरण 19, प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी 20-22, और विघटन 23-26. उत्पन्न झरझरा संरचना विभिन्न अकार्बनिक सामग्री के साथ backfilled किया जा सकता है. धातु आक्साइड (जैसे Sio 2, TiO 2) आमतौर पर टेम्पलेट के चैनलों 27-29 में जेल प विधि के माध्यम से पेश कर रहे हैं. एलectrochemical और electroless चढ़ाना आमतौर पर 30-33 में या टेम्पलेट्स पर धातु जमा करने के लिए उपयोग किया जाता है. अंत में, शेष बहुलक आदि pyrolysis 2, विघटन 34,35, यूवी गिरावट 28,29, के माध्यम से बहुलक / अकार्बनिक nanohybrid से हटाया जा सकता है

हमारे दृष्टिकोण में, हम polystyrene ब्लॉक पाली (4-vinylpyridine) की एक supramolecular जटिल (पी एस-B-P4VP) diblock copolymer और amphiphilic pentadecylphenol (पीडीपी) के अणुओं से शुरू करते हैं. इस परिसर में पीडीपी और pyridine छल्ले (चित्रा 1 ए) के बीच हाइड्रोजन संबंध का परिणाम है. प्रारंभिक ब्लॉक copolymer की संरचना और कहा कि पीडीपी की राशि को इस तरह से चुना जाता है कि एक पुनश्च नेटवर्क और एक P4VP (पीडीपी) मैट्रिक्स के साथ bicontinuous डबल gyroid आकारिकी में प्राप्त प्रणाली स्वयं assembles (चित्रा 1 बी). पीडीपी अणुओं चुनिंदा पुनश्च नेटवर्क (पर इथेनॉल और P4VP चेन पतन में भंग हो गयाचित्रा -1 सी). बाद में, electroless चढ़ाना विधि का उपयोग कर, निकल टेम्पलेट (चित्रा -1) का pores में जमा है. Pyrolysis के माध्यम से शेष बहुलक को हटाने के बाद, एक सुव्यवस्थित gyroid निकल nanofoam (चित्रा 1E) से प्राप्त की है.

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Protocol

डबल Gyroid आकृति विज्ञान के साथ 1. तैयारी और पी एस-B-P4VP की विशेषता (पीडीपी) के परिसर

  1. वजन polystyrene ब्लॉक पाली (4-vinylpyridine) (पी एस-B-P4VP) और pentadecylphenol (पीडीपी, एम आर = 304.51 छ / mol). होना चाहिए gyroid आकारिकी प्राप्त करने के लिए, ध्यान से पीडीपी की राशि का चयन ((P4VP (पीडीपी) च) सीए होना चाहिए P4VP (पीडीपी) के ब्लॉक का वजन अंश. 0.6 रैखिक एबी diblock copolymers के चरण आरेख के अनुसार). आमतौर पर, एक पी एस-B-P4VP की 0.15-0.2 जी (1.3 चरण में इस्तेमाल एक पेट्री डिश के व्यास में 5-6 सेमी है कि दी गई है) पी एस-B-P4VP 50-100 माइक्रोन मोटी (पीडीपी) फिल्मों की ओर जाता है. निम्नलिखित समीकरण के अनुसार पीडीपी की राशि की गणना:
    1 समीकरण
    2 समीकरण
    3 समीकरण
  2. क्लोरोफॉर्म में पी एस-B-P4VP और पीडीपी भंग और कमरे के तापमान पर कुछ घंटों के लिए यह हलचल. सजातीय जटिल गठन सुनिश्चित करने के लिए 2% wt नीचे बहुलक की एकाग्रता बनाए रखें.
  3. एक गिलास पेट्री डिश में समाधान डालो.
  4. एक संतृप्त क्लोरोफॉर्म वातावरण में पकवान.
  5. के बारे में एक सप्ताह के बाद, पेट्री डिश बाहर ले. Supramolecular परिसर का एक फिल्म बनाई है.
  6. रातोंरात 30 डिग्री सेल्सियस पर निर्वात में फिल्म सूखी.
  7. एक विशेष रूप से डिजाइन कंटेनर में फिल्म, जगह कंटेनर से हवा निकालने और फिर नाइट्रोजन के साथ भरें. 1 बार overpressure साथ 2 एन वातावरण के तहत 120 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में 4 दिनों के लिए फिल्म पानी रखना.
  8. Epoxy में एम्बेड फिल्म का छोटा सा टुकड़ा, कट और 40 डिग्री सेल्सियस पर रातोंरात इसे इलाज
  9. कमरे के तापमान पर एक हीरे की चाकू का उपयोग कर के बारे में 80 एनएम के एक मोटाई के लिए नमूना सूक्ष्म. गुई microtomed अनुभाग पानी पर जारी करेगी. उन्हें उठाओ और घन ग्रिड पर जगह है.
  10. आयोडीन के साथ एक जार में microtomed वर्गों युक्त ग्रिड रखो. 45 मिनट के नमूने दाग और ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए तैयार कर रहे हैं.
  11. 120 केवी और छवि नमूना की एक त्वरक वोल्टेज में ऑपरेटिंग संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में दाग वर्गों के साथ घन ग्रिड डालें.
  12. छोटे कोण एक्स - रे बिखरने के लिए नमूना धारक में (1.7 कदम के बाद प्राप्त) फिल्म का टुकड़ा डालें और एक Kapton टेप के साथ यह तय कर लो. SAXS के लिए मशीन में तैयार नमूना धारक रखें. एक्स - रे शटर खुला और 2 डी बिखरने पैटर्न अधिग्रहण. प्राप्त 2 डी पैटर्न एकीकृत और -1 डी स्वरूप में चोटियों की स्थिति का विश्लेषण.

झरझरा संरचना के 2. जनरेशन और विशेषता

  1. इथेनॉल में (1.7 कदम के बाद प्राप्त) फिल्म का टुकड़ा रखो और तीन दिनों के लिए रहते हैं.
  2. नमूना सूखी.
  3. पूर्व1 एच एनएमआर माप के लिए नमूने तराशना. पीडीपी पाउडर, पी एस-B-P4VP पाउडर, CDCl 3 में (2.2 कदम के बाद) supramolecular जटिल पी एस-B-P4VP (पीडीपी) (1.7 कदम के बाद), और झरझरा फिल्म भंग. कमरे के तापमान पर रिकार्ड 1 एच एनएमआर स्पेक्ट्रा.
  4. पुनश्च-B-P4VP पाउडर विश्लेषण, supramolecular जटिल पी एस-B-P4VP (पीडीपी) (1.7 कदम के बाद), और अंतर स्कैनिंग calorimetry द्वारा झरझरा फिल्म (2.2 कदम के बाद). 1 डिग्री सेल्सियस / मिनट की एक हीटिंग / ठंडा दर, 0.5 डिग्री सेल्सियस की एक कंपन आयाम, और 60 सेकंड का एक दोलन की अवधि के साथ एक संग्राहक मोड का प्रयोग करें. -30 डिग्री सेल्सियस पर नमूनों संतुलित करना, गर्मी 180 डिग्री सेल्सियस, -30 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा, और फिर 180 डिग्री के लिए फिर से गर्मी सी. विश्लेषण के लिए दूसरा ताप चक्र से डेटा का उपयोग करें.
  5. 70 डिग्री सेल्सियस पर कमरे के तापमान पर 8 घंटे के लिए और 18 घंटे के लिए (2.2 कदम के बाद) झरझरा नमूना outgas और 77 कश्मीर में नाइट्रोजन सोखना माप प्रदर्शन
  6. उपयुक्त सॉफ्टवेयर (उदाहरण के लिए, WinAD का प्रयोग करेंपी) और प्राप्त isotherms का विश्लेषण करने के लिए मॉडल.
  7. 2 घंटे के लिए 0.5 पा के कमरे के तापमान और दबाव में 8 घंटे और देगास इसके लिए 50 डिग्री सेल्सियस पर (2.2 कदम के बाद) झरझरा नमूना सूखी.
  8. पारा porosimetry प्रदर्शन करना.

पॉलिमर टेम्पलेट में 3. डालने निकल

  1. टिन क्लोराइड (SnCl 2, एम आर = 189.60 छ / mol) वजन और एक जलीय घोल (0.1 एम SnCl 2 / 0.1 एम एचसीएल, 1.896 ग्राम SnCl 2, 0.8 मिलीग्राम एचसीएल, और 100 मिलीलीटर एच 2 ओ) तैयार करते हैं. SnCl 2 का पूरा विघटन सुनिश्चित करने के लिए एक प्रकार के बरतन रातोंरात पर समाधान रखो.
  2. पैलेडियम क्लोराइड (PdCl 2, एम आर = 177.33 छ / mol) वजन और एक जलीय घोल (0.0014 एम PdCl 2 / 0.25 एम एचसीएल, 0.025 ग्राम PdCl 2, 2 मिलीलीटर एचसीएल और 100 मिलीलीटर एच 2 ओ) तैयार करते हैं.
  3. निकल चढ़ाना स्नान के भाग 1 तैयार: बाहर 6.78 जी निकल सल्फेट hexahydrate तौलना (Niso 4 • 6 2 हे, एम आर = 262.85 छ / mol) और 2 ग्राम सोडियम साइट्रेट (ना 3 सी 6 एच 5 हे 7, एम आर = 258.06 छ / mol) और पानी की 80 मिलीलीटर में उन्हें भंग. 828 μl 85% लैक्टिक एसिड (सी 3 एच 6 हे 3, एम आर = 90.08 छ / mol) जोड़ें.
  4. निकल चढ़ाना स्नान के भाग 2 तैयार: बाहर वजन 0.2 ग्राम Borane के dimethylamine जटिल ((सीएच 3) 2 NHBH 3, एम आर = 58.92 छ / mol) और पानी की 20 मिलीलीटर में भंग. Borane dimethylamine परिसर में एक अच्छी तरह हवादार धूआं हुड में नियंत्रित किया जाना चाहिए.
  5. 1 घंटे के लिए टिन क्लोराइड (3.1 कदम) के जलीय घोल में झरझरा फिल्म (2.2 कदम के बाद) को विसर्जित कर दिया.
  6. विआयनीकृत पानी से अच्छी तरह फिल्म कुल्ला.
  7. 1 घंटे के लिए पैलेडियम क्लोराइड (3.2 कदम) के जलीय घोल में फिल्म विसर्जित कर दिया.
  8. विआयनीकृत पानी से अच्छी तरह फिल्म कुल्ला.
  9. भाग 1 (3.3) और निकल चढ़ाना स्नान के भाग 2 (3.4) मिलाएं. अमोनियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग 7.0 पीएच को समायोजित करें.
  10. 1 घंटे के लिए निकल चढ़ाना स्नान में फिल्म विसर्जित कर दिया.
  11. विआयनीकृत पानी से अच्छी तरह फिल्म कुल्ला.
  12. नमूना सूखी.
  13. कदम 1.8-1.9 में वर्णित के रूप में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए चढ़ाया नमूना तैयार करें.
  14. छवि कदम 1.11 में वर्णित के रूप में नमूना.
  15. उच्च संकल्प संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में चढ़ाया नमूना के वर्गों युक्त घन ग्रिड डालें. उच्च संकल्प मंदिर micrographs मोल. खुर्दबीन के नीचे नमूना निरीक्षण और EDX (एक्स किरणों की ऊर्जा फैलानेवाला विश्लेषण) द्वारा मौलिक विश्लेषण के लिए क्षेत्र का चयन करें. चुने हुए क्षेत्र के EDX विश्लेषण करते हैं और प्राप्त पैटर्न का विश्लेषण.

उलटा Gyroid निकल फोम के 4. एक्सपोजर

  1. 350 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में निकल चढ़ाया फिल्म (कदम 3.12 के बाद) रखो और 4 दिनों के लिए 1 घंटा से ऊपर रखें.
  2. एक चांदी का पेस्ट का उपयोग नमूना धारक को नमूना संलग्न करें.
  3. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन mic में नमूना डालेंroscope. नमूना के कई छवियों मोल.
  4. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में नमूना डालें. खुर्दबीन के नीचे नमूना निरीक्षण और EDX द्वारा मौलिक विश्लेषण के लिए क्षेत्र का चयन करें. चुने हुए क्षेत्र के EDX विश्लेषण करते हैं और प्राप्त पैटर्न का विश्लेषण.

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Representative Results

. supramolecular परिसरों की आकारिकी पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स मंदिर और SAXS आंकड़े 2A द्वारा जांच की है और एक प्रतिनिधि supramolecular परिसर के ठेठ gyroid पैटर्न प्रदर्शित 2b: डबल लहर और प्रतिनिधित्व करने के लिए जाना जाता है कि वैगन पहिया पैटर्न (211) के माध्यम से अनुमानों और क्रमशः gyroid इकाई सेल की (111) विमान,. P4VP (पीडीपी) एक्स ब्लॉक डोमेन कारण आयोडीन धुंधला करने के लिए अंधेरा दिखाई जबकि पी एस ब्लॉक डोमेन उज्ज्वल दिखाई देते हैं. चित्रा -2 सी अवधि में 2. SAXS चोटियों के एक कारक के साथ कम किया है, जिनमें से एक अलग gyroid नमूना की दोहरी लहर पैटर्न का प्रतिनिधित्व करता है पदों: √ प्रश्न 6 *, √ प्रश्न 8 *, √ 14q *, √ 22q *, और √ 50q * नमूना (चित्रा 2 डी) के bicontinuous आइए 3 डी आकृति विज्ञान की पुष्टि करें.

इथेनॉल के लिए पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स जटिल subjecting द्वारा पीडीपी का पूरी तरह हटाने 1 से साबित होता हैएच एनएमआर और डीएससी. इथेनॉल उपचार के बाद सभी 1 एच एनएमआर पीडीपी के लक्षण का संकेत अनुपस्थित रहे और diblock copolymer के स्पेक्ट्रम बरामद किया है. इसके अतिरिक्त, डीएससी डेटा diblock copolymer की इथेनॉल इलाज नमूना और है कि थर्मल व्यवहार समान है कि मतलब. प्रतिनिधि झरझरा gyroid टेम्पलेट का textural गुण नाइट्रोजन सोखना और पारा porosimetry द्वारा निर्धारित कर रहे हैं. 104 मीटर 2 / जी की शर्त विशिष्ट सतह क्षेत्र टेम्पलेट, लगभग 60 वॉल्यूम% पर औसत ताकना व्यास 40 एनएम है, और ध्यान में लीन होना आकार वितरण (चित्रा 3) बहुत ही संकीर्ण है, बल्कि उच्च है.

पिछले electroless चढ़ाना के लिए, पी.डी. उत्प्रेरक चयनात्मक निकल आयन कमी करने के लिए प्रत्यक्ष gyroid टेम्पलेट सतह पर जमा किया जाता है. क्रमिक, निकल धातु बहुलक टेम्पलेट का pores भरता है. -4 ए चित्रा बेदाग निकल चढ़ाया gyroid नमूना और सह के मंदिर माइक्रोग्राफ का प्रतिनिधित्व करता हैntrast छवि में nanochannels में जमा धातु से निकलती है. इसके अतिरिक्त, विशेषता वैगन पहिया पैटर्न प्रसंस्करण कदम के दौरान डबल gyroid आकृति विज्ञान के संरक्षण की पुष्टि करता है. मानव संसाधन मंदिर micrographs (आंकड़े 4B और 4C) अपेक्षाकृत बड़े, परस्पर नी crystallites और EDX विश्लेषण (चित्रा 4D) दिखाने मढ़वाया नमूना की रासायनिक संरचना का पता चलता है. जैसी कि उम्मीद थी, प्रमुख कार्बन और निकल चोटियों एक साथ हवा में संग्रहीत जब निकल nanofoam के ऑक्सीकरण इंगित करता है कि ऑक्सीजन चोटी के साथ मनाया जाता है.

अंत में, शेष बहुलक बरकरार निकल नेटवर्क छोड़ रहा है, कम से कम आधे घंटे के लिए 350 डिग्री सेल्सियस पर isothermally हीटिंग द्वारा विघटित है. उजागर निकल प्रतिकृति SEM द्वारा की पुष्टि के रूप में उलटा gyroid आकारिकी (चित्रा 5) को बरकरार रखता है.

चित्रा 1 Supramolecular जटिल पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स के चित्रा 1. Gyroid धातु nanofoam की तैयारी की योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व. (एक) रासायनिक संरचना. (ख) Bicontinuous पुनश्च (नीला) दिखा एक्स पी एस-B-P4VP (पीडीपी) की आकारिकी gyroid और P4VP (पीडीपी) एक्स (नारंगी) क्षेत्रों. (ग) Nanoporous टेम्पलेट पीडीपी हटाने के बाद. (घ) electroless बयान करके, पुनश्च struts के बीच voids निकल से भर रहे हैं. Pyrolysis द्वारा बहुलक टेम्पलेट हटाने के बाद (ई) Gyroid निकल nanofoam. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें. .

चित्रा 2 चित्रा 2. (क, ख) पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स P4VP (पीडीपी) के एफ एक्स = 1.5 के साथ नमूना, = मंदिर micrographs 0.69 और M कुल = 1,35,000 / छ डबल लहर का प्रतिनिधित्व मोल, और वैगन पहिया gyroid पैटर्न, क्रमशः. (सी, डी) मंदिर माइक्रोग्राफ और P4VP (पीडीपी) के एफ एक्स = 0.8 के साथ gyroid पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स नमूना के SAXS पैटर्न, = 0.59 और M कुल = 90,600 ग्राम मोल -1. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें. .

चित्रा 3 चित्रा 3. पी एस-B-P4VP से व्युत्पन्न झरझरा gyroid टेम्पलेट के छेद के आकार वितरण P4VP (पीडीपी) के एफ एक्स = 1.0 के साथ (पीडीपी) एक्स जटिल, = 0.62 और M कुल = 83300 छ / mol. ग्राफ के व्युत्पन्न का प्रतिनिधित्व करता है ताकना व्यास बनाम संचयी ताकना. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 4
चित्रा 4. (एक) बेदाग निकल के मंदिर छवि P4VP (पीडीपी) एफ, एक्स = 1.0 के साथ पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स परिसर से निकाली गई gyroid बहुलक टेम्पलेट चढ़ाया = 0.62 और एम (ख, ग) अपेक्षाकृत बड़े और परस्पर नी crystallites दिखा ऑफिस मंदिर छवियों. निकल (डी) EDX पैटर्न एक साथ हवा में संग्रहीत जब निकल nanofoam के ऑक्सीकरण इंगित करता है कि ऑक्सीजन चोटी के साथ, प्रमुख कार्बन और निकल चोटियों दिखा नमूना चढ़ाया. तांबा चोटी एक सहायता के रूप में इस्तेमाल किया ग्रिड से निकलती है. निकल नमूना चढ़ाया (बी, सी, डी) P4VP (पीडीपी) के एफ एक्स = 0.8 के साथ पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स जटिल, से प्राप्त होता है = 0.59 और M कुल = 90,600 जी mol -1. यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए.

चित्रा 5 P4VP (पीडीपी) के एफ एक्स = 1.5 के साथ पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स जटिल, = से व्युत्पन्न उलटा gyroid निकल प्रतिकृति की चित्रा 5. SEM micrographs 0.69 और M कुल = 135.000 छ / mol. यहाँ क्लिक करें देखने के लिए इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण.

आंकड़े अनुमति 36 के साथ reprinted रहे हैं. कॉपीराइट 2011 अमेरिकन केमिकल सोसायटी.

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Discussion

Supramolecular परिसरों सफलतापूर्वक सुव्यवस्थित धातु nanofoams के लिए व्यापारियों के रूप में लागू कर रहे हैं. इस विधि में, महत्वपूर्ण कदम gyroid आकृति विज्ञान के साथ एक टेम्पलेट यानी, उपयुक्त टेम्पलेट प्राप्त करने के लिए है. Copolymers ब्लॉक के चरण आरेख में gyroid क्षेत्र बहुत छोटा है और यह लक्षित करने के लिए नहीं बल्कि मुश्किल है. यह पारंपरिक ब्लॉक copolymers शुरू सामग्री के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं, काफी विस्तृत संश्लेषण gyroid आकारिकी को जन्म देता है कि वांछित रचना,, पहुँच जाता है जब तक दोहराया जाना है इसका मतलब है. पुनश्च-B-P4VP में (पीडीपी) के विभिन्न रचनाओं परिसरों, और इस प्रकार अलग morphologies, बहुत आसानी से प्राप्त किया जा सकता है - जोड़ी पीडीपी की राशि बदलकर. पुनश्च-B-P4VP (पीडीपी) के परिसरों के चरण आरेख में एक gyroid क्षेत्र के रूप में अच्छी तरह से नहीं बल्कि छोटे है, यह विभिन्न डोमेन आकार के साथ gyroid परिसरों प्राप्त करना संभव है. यह एक GY के साथ एक पारंपरिक diblock copolymer में एहसास है कि यह भी बहुत महत्वपूर्ण हैroid आकृति विज्ञान, अल्पसंख्यक नेटवर्क घटक. 35 वॉल्यूम% सीए रह रहे हैं और एक बहुमत मैट्रिक्स घटक सीए. 65 वॉल्यूम%. इस प्रकार, मैट्रिक्स को हटाने होगा एक बेहद असुरक्षित टेम्पलेट और तदनुसार अब तक कम झरझरा धातु nanostructure में परिणाम है. यहाँ हम मैट्रिक्स के केवल एक हिस्से को हटाने और फलस्वरूप, अंतिम धातु फोम के porosity एक धातु nanofoam 5 के गठन के लिए सामान्य आवश्यकता को पूरा करने के लिए काफी अधिक है जो अधिक से अधिक 50 वॉल्यूम% हो जाएगा. पॉलीथीन ऑक्साइड (पीईओ) या polylactic एसिड (पीएलए) ब्लॉक पी एस-B-पीईओ या पी एस-B-पीएलए 37 से हटा रहे हैं इसके अलावा, अगर एक पारंपरिक ब्लॉक copolymer दृष्टिकोण में, झरझरा टेम्पलेट के परिणामस्वरूप पुनश्च हाइड्रोफोबिक सतह की आवश्यकता होगी संशोधन से पहले 38 चढ़ाना electroless के लिए. इधर, टेम्पलेट की सतह पर ध्रुवीय P4VP प्रभामंडल की उपस्थिति electroless चढ़ाना प्रक्रिया में उपयोग किए गए पानी आधारित अभिकर्मकों की पहुंच की सुविधा है और इस modificati समाप्तकदम पर.

धातु nanofoams, सामग्री के एक नए और विकासशील वर्ग के रूप में, विशेष जरूरतों को पूरा करने के लिए निकट भविष्य में बदल दिया है और सुधार की उम्मीद कर रहे हैं. उनकी रासायनिक संरचना में विविध, और उदाहरण के लिए, Au, एजी, घन, सह, आदि किया जा सकता है. nanofoams तैयार किया जा सकता है. इसके अतिरिक्त, ब्लॉक copolymer templating को पदानुक्रम झरझरा धातु nanofoams प्रमुख dealloying के साथ जोड़ा जा सकता है. धातु मिश्र धातुओं (जैसे Au, एजी) electroless चढ़ाना विधि के माध्यम से एक ब्लॉक copolymer टेम्पलेट के चैनलों में जमा किया जा सकता है. बहुलक गिरावट के बाद, एक कम महान धातु (जैसे एजी) पदानुक्रम झरझरा Au nanofoam में जिसके परिणामस्वरूप dealloying द्वारा हटाया जा सकता है. इसके अलावा, धातु nanofoam की संरचना प्रारंभिक ब्लॉक copolymer की आकृति विज्ञान की भिन्नता से देखते जा सकता है. Gyroid चरण इसके अलावा, इस तरह प्लम्बर दुःस्वप्न 39 या orthorhombic Fddd नेटवर्क के रूप में copolymer morphologies ब्लॉक40-42 धातु nanofoam तैयारी के लिए दिलचस्प उम्मीदवार हैं. धातु nanofoams के क्षेत्र अभी भी खराब की जांच कर रहा है और यह भविष्य में रोमांचक खोजों लाने की उम्मीद है.

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Disclosures

लेखक कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की घोषणा.

Acknowledgments

हम उन्नत सामग्री के लिए Zernike संस्थान, ग्रोनिंगन विश्वविद्यालय द्वारा वित्तीय सहायता को स्वीकार करते हैं.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reagents
PS-b-P4VP, CAS: 26222-40-2 Polymer Source Inc. P9009-S4VP
P136-S4VP
P5462-S4VP
P3912-S4VP		 additional information are provided in a separate table
PDP Aldrich P4402-100G-A recrystallized twice from petroleum ether
SnCl2 Acros Organics 196981000
PdCl2 Aldrich 76050
NiSO4•H2O Sigma-Aldrich 227676
Lactic acid Aldrich W261106
Citric acid trisodium salt Sigma-Aldrich C3674
Borane dimethyl amine complex Aldrich 180238
PS-b-P4VP catalogue number Mn (PS), g/mol Mn(P4VP), g/mol PDI
P9009-S4VP 24000 9500 1.1
P136-S4VP 31900 13200 1.08
P5462-S4VP 37500 16000 1.3
P3912-S4VP 41500 17500 1.07

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Diblock copolymer supramolecules से Gyroid निकल Nanostructures
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Vukovic, I., Punzhin, S., Voet, V.… More

Vukovic, I., Punzhin, S., Voet, V. S. D., Vukovic, Z., de Hosson, J. T. M., ten Brinke, G., Loos, K. Gyroid Nickel Nanostructures from Diblock Copolymer Supramolecules. J. Vis. Exp. (86), e50673, doi:10.3791/50673 (2014).

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