Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Gyroid النيكل النانو من Diblock كوبوليمر Supramolecules

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

توضح هذه المقالة إعداد nanofoams النيكل أمر جيد للكهرباء عن طريق ترسب المعادن على القوالب نانوية مسامية تم الحصول عليها من supramolecules استنادا الذاتي تجميعها من البوليمرات diblock.

Abstract

الرغاوي معدنية نانوية مسامية تمتلك مزيجا فريدا من الخصائص - فهي نشطة حفاز، حراريا وموصل بالكهرباء، وعلاوة على ذلك، يكون المسامية العالية، وارتفاع نسبة السطح إلى الحجم والقوة إلى الوزن. للأسف، نهج مشتركة لإعداد النانو المعدنية تقديم المواد مع الهندسة المعمارية المختلين للغاية، والتي قد يكون لها تأثير سلبي على خصائصها الميكانيكية. بوليمرات كتلة لديها القدرة على تجميع الذاتي في أمر النانو ويمكن تطبيقها كقوالب لإعداد nanofoams معدنية أمر جيد. نحن هنا وصف تطبيق مجمع كتلة القائمة على مجموعة من البوليمرات supramolecular - البوليسترين كتلة بولي (4 vinylpyridine) (pentadecylphenol) PS-B-P4VP (PDP) - تمهيدا لأمر جيد رغوة النانوية النيكل. المجمعات supramolecular يحمل السلوك مرحلة مماثلة لبوليمرات كتلة التقليدية، ويمكن تجميع الذاتي في bicontinuous gyroid التشكل الطرافةح شبكتين PS ضعت في P4VP (PDP) المصفوفة. PDP يمكن حله في الإيثانول مما يؤدي إلى تشكيل بنية مسامية التي يمكن ردم مع المعدن. باستخدام تقنية الطلاء للكهرباء، يمكن إدراج النيكل إلى قنوات القالب. أخيرا، يمكن إزالة البوليمر المتبقية عن طريق الانحلال الحراري من البوليمر / nanohybrid غير العضوية مما أدى إلى نانوية مسامية رغوة النيكل مع التشكل gyroid العكسية.

Introduction

هناك العديد من التقنيات المتاحة لإعداد nanofoams المعادن: dealloying 1-3، النهج سول جل 4،5، 6،7 nanosmelting، والتوليف الاحتراق 8. في عملية dealloying، والمواد ابتداء وعادة ما يكون سبيكة ثنائي، على سبيل المثال، سبيكة من الفضة والذهب. المعدن أقل نبلا والفضة في هذه الحالة، يمكن إزالتها إما كيميائيا أو electrochemically مما أدى إلى المختلين رغوة الذهب التي يسهل اختراقها مع الأربطة nanosized. في التوليف الاحتراق، والمعادن غير مختلطة مع السلائف حيوية التي تطلق الطاقة خلال التحلل ويدفع تشكيل الرغوة النانوية المعدنية 8. وتشير الدراسات على السلوك الميكانيكي للرغاوي المعدنية التي في أبنية المختلين الضغوط لا يمكن أن تنتقل على نحو فعال من المقياس النانوي الرباط إلى macroscale عموما 9-11. وهكذا يتوقع أن لها خصائص ميكانيكية متفوقة بالمقارنة مع nanofoams معدنية أمر جيدتلك المختلين.

فكرة الممثلة هنا هو استخدام بوليمرات كتلة التي تجمع الذاتي في النانو كما أمرت السلائف إلى nanofoams المعادن. اعتمادا على تكوين كتلة كوبوليمر، فإن العدد الإجمالي من وحدات مونومر ومدى التنافر بين الكتل متصل كيميائيا، تظهر مختلف الأشكال التضاريسية مثل: كروية، أسطواني، رقائقي، gyroid مزدوجة، رقائقي مثقب سداسي، وغيرهم 12-14 . وعلاوة على ذلك، وكتل البوليمر يمكن أن يتحلل بشكل انتقائي مما أدى إلى مواد نانوية مسامية 15. وتشمل الأساليب الأكثر شيوعا: ozonolysis 16-18، أشعة فوق البنفسجية 19، رد الفعل ايون النقش 20-22، 23-26 وانحلال. يمكن ردم الهياكل التي يسهل اختراقها ولدت مع مختلف المواد غير العضوية. عادة ما يتم تقديمها أكاسيد المعادن (مثل شافي 2، تيو 2) عن طريق وسيلة سول جل في قنوات القالب 27-29. شوتستخدم الطلاء ectrochemical وللكهرباء عادة لإيداع المعادن في أو على القوالب 30-33. أخيرا، يمكن إزالة البوليمر المتبقية من البوليمر / nanohybrid غير العضوية عن طريق الانحلال الحراري 2، حل 34،35، 28،29 تدهور للأشعة فوق البنفسجية، الخ

في نهجنا، ونحن نبدأ من مجمع supramolecular من البوليسترين-كتلة بولي (4 vinylpyridine) (PS-B-P4VP) كوبوليمر diblock وpentadecylphenol amphiphilic (PDP) الجزيئات. هذا المجمع هو نتيجة من الرابطة الهيدروجينية بين PDP وحلقات البيريدين (الشكل 1A). يتم اختيار تركيبة انطلاق كتلة كوبوليمر وكمية أضاف PDP في مثل هذه الطريقة التي حصلت على نظام تجميع الذاتي في التشكل gyroid مزدوجة bicontinuous مع شبكة PS وP4VP (PDP) مصفوفة (الشكل 1B). تصبح جزيئات المذاب PDP انتقائي في الإيثانول وP4VP سلاسل انهيار على شبكة PS (الشكل 1C). في وقت لاحق، وذلك باستخدام طريقة الطلاء للكهرباء، وتودع النيكل في المسام من القالب (الشكل 1D). بعد إزالة البوليمر المتبقية عن طريق الانحلال الحراري، يتم الحصول على gyroid النيكل رغوة النانوية أمر جيدا (الشكل 1E).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد وتوصيف PS-B-P4VP (PDP) مجمعات مع مزدوجة Gyroid الصرف

  1. تزن من البوليسترين كتلة بولي (4 vinylpyridine) (PS-B-P4VP) وpentadecylphenol (PDP، M ص = 304.51 جم / مول). من أجل الحصول على التشكل gyroid، تحديد دقيق لكمية PDP ينبغي أن يكون (الكسر وزن P4VP (PDP) كتلة (و P4VP (PDP)) ينبغي أن يكون كاليفورنيا. 0.6 وفقا للمخطط المرحلة الخطية AB diblock بوليمرات). عادة، ،15-0،2 غرام من PS-B-P4VP يؤدي إلى PS-B-P4VP (PDP) الأفلام 50-100 ميكرون سميكة (على اعتبار أن قطر طبق بيتري المستخدمة في الخطوة 1.3 هو 5-6 سم). حساب كمية PDP وفقا للمعادلات التالية:
    المعادلة 1
    المعادلة 2
    المعادلة 3
  2. حل PS-B-P4VP وPDP في الكلوروفورم ويحرك لبضع ساعات في درجة حرارة الغرفة. الحفاظ على تركيز البوليمر أقل من 2٪ بالوزن لضمان تشكيل مجمع متجانسة.
  3. صب الحل في طبق بتري الزجاج.
  4. وضع الطبق في جو مشبع الكلوروفورم.
  5. بعد حوالي أسبوع واحد، واخراج طبق بيتري. يتم تشكيل الفيلم من مجمع supramolecular.
  6. تجف الفيلم في فراغ عند 30 درجة مئوية خلال الليل.
  7. وضع الفيلم في حاوية مصممة خصيصا، وإزالة الهواء من الحاوية ومن ثم ملء مع النيتروجين. يصلب الفيلم لمدة 4 أيام في الفرن على 120 درجة مئوية تحت N 2 جو مع 1 بار الضغط الزائد.
  8. قطع قطعة صغيرة من الفيلم، تغرس في الايبوكسي وعلاجه بين عشية وضحاها في 40 درجة مئوية.
  9. مشراح العينة إلى سمك حوالي 80 نانومتر باستخدام سكين الماس في درجة حرارة الغرفة. السوف الإلكترونية قسم microtomed تطفو على سطح الماء. اعتقالهما ووضع على شبكات النحاس.
  10. وضع الشبكات التي تحتوي على أقسام microtomed في وعاء مع اليود. بعد 45 دقيقة العينات الملون وعلى استعداد لنقل الإلكترون المجهري.
  11. إدراج شبكات النحاس مع أقسام الملون في المجهر الإلكتروني النافذ التي تعمل على الجهد 120 كيلو فولت لتسريع وصورة العينة.
  12. إدراج قطعة من الفيلم (التي تم الحصول عليها بعد الخطوة 1.7) في حامل العينة عن زاوية صغيرة تشتت الأشعة السينية واصلاحها مع شريط KAPTON. وضع صاحب العينة التي أعدت في الجهاز لSAXS. فتح مصراع الأشعة السينية والحصول على نمط تناثر 2D. دمج نمط 2D الحصول عليها وتحليل الموقف من قمم في 1D النمط.

2. انشاء وتوصيف هيكل المسامية

  1. وضع قطعة من فيلم (التي تم الحصول عليها بعد الخطوة 1.7) في الإيثانول والحفاظ عليه لمدة ثلاثة أيام.
  2. تجف العينة.
  3. قبلحلج العينات للقياسات 1 H NMR. حل PDP مسحوق، مسحوق PS-B-P4VP، supramolecular المعقدة PS-B-P4VP (PDP) (بعد الخطوة 1.7)، والتي يسهل اختراقها فيلم (بعد الخطوة 2.2) في اداه 3. سجل 1 H NMR الأطياف في درجة حرارة الغرفة.
  4. تحليل مسحوق PS-B-P4VP، supramolecular المعقدة PS-B-P4VP (PDP) (بعد الخطوة 1.7)، والفيلم المسامية (بعد الخطوة 2.2) من خلال فرق المسح الكالوري. استخدام وضع التضمين مع معدل التدفئة / التبريد من 1 درجة مئوية / دقيقة، وهي السعة التذبذب من 0.5 درجة مئوية، وفترة التذبذب من 60 ثانية. تتوازن العينات في -30 درجة مئوية، والحرارة إلى 180 درجة مئوية، وبارد إلى -30 ° C، ومن ثم تسخين مرة أخرى إلى 180 درجة مئوية. استخدام البيانات من دورة التدفئة الثانية للتحليل.
  5. Outgas العينة المسامية (بعد الخطوة 2.2) لمدة 8 ساعة في درجة حرارة الغرفة لمدة 18 ساعة وعند 70 درجة مئوية وأداء قياسات امتصاص النيتروجين في 77 ك.
  6. استخدام البرنامج المناسب (على سبيل المثال، WinADP) ونماذج لتحليل الأيسوثرم التي حصل عليها.
  7. تجف العينة المسامية (بعد الخطوة 2.2) عند 50 درجة مئوية لمدة 8 ساعات وديغا في درجة حرارة الغرفة والضغط من 0.5 با لمدة 2 ساعة.
  8. أداء porosimetry الزئبق.

3. الإدراج النيكل في قالب بوليمر

  1. تزن من كلوريد القصدير (SnCl 2، M ص = 189.60 جم / مول) وإعداد محلول مائي (0.1 M SnCl 2 / 0.1 M حمض الهيدروكلوريك؛ 1.896 ز SnCl 2، 0.8 مل حمض الهيدروكلوريك، و 100 مل H 2 O). وضع الحل بين عشية وضحاها على شاكر لضمان حل كاملة من SnCl 2.
  2. تزن من كلوريد البلاديوم (PdCl 2، M ص = 177.33 جم / مول) وإعداد محلول مائي (0.0014 M PdCl 2 / 0.25 M حمض الهيدروكلوريك؛ 0.025 ز PdCl 2، 2 مل حمض الهيدروكلوريك و 100 مل H 2 O).
  3. إعداد الجزء 1 من النيكل تصفيح حمام: تزن 6.78 جرام من كبريتات النيكل هيكساهيدرات (NISO 4 • 6H 2 O، M ص = 262.85 جم / مول) و 2 ز سترات الصوديوم (نا 3 C 6 H 5 O 7، M ص = 258.06 جم / مول)، ويحل لهم في 80 مل من الماء. إضافة 828 ميكرولتر 85٪ حمض اللبنيك (C 3 H 6 O 3، M ص = 90.08 جم / مول).
  4. إعداد الجزء 2 من الحمام بالنيكل: الوزن من 0.2 غرام borane معقدة ثنائي ميثيل أمين ((CH 3) 2 NHBH 3، M ص = 58.92 جم / مول) وحله في 20 مل من الماء. وينبغي التعامل مع مجمع ثنائي ميثيل أمين Borane في غطاء الدخان جيد التهوية.
  5. تزج الفيلم المسامية (بعد الخطوة 2.2) في محلول مائي من كلوريد القصدير (الخطوة 3.1) لمدة 1 ساعة.
  6. شطف الفيلم جيدا بالماء منزوع الأيونات.
  7. تزج الفيلم في محلول مائي من كلوريد البلاديوم (الخطوة 3.2) لمدة 1 ساعة.
  8. شطف الفيلم جيدا بالماء منزوع الأيونات.
  9. مزيج جزء 1 (3.3) وجزء 2 (3.4) من حمام بالنيكل. ضبط الرقم الهيدروجيني إلى 7.0 باستخدام هيدروكسيد الأمونيوم.
  10. تزج الفيلم في الحمام بالنيكل لمدة 1 ساعة.
  11. شطف الفيلم جيدا بالماء منزوع الأيونات.
  12. تجف العينة.
  13. تحضير العينة مطلي للفحص المجهري الإلكترون كما هو موضح في الخطوات 1،8-1،9.
  14. صورة العينة كما هو موضح في الخطوة 1.11.
  15. إدراج شبكات النحاس التي تحتوي على أجزاء من العينة مطلي في المجهر الإلكتروني النافذ عالية الدقة. الحصول على micrographs تيم عالية الدقة. مراقبة العينة تحت المجهر واختيار المنطقة لتحليل العناصر التي كتبها EDX (الطاقة تحليل المتشتتة من الأشعة السينية). إجراء تحليل EDX من المنطقة المختارة وتحليل نمط الحصول عليها.

4. التعرض للمعكوس Gyroid النيكل رغوة

  1. وضع الفيلم مطلي بالنيكل (بعد الخطوة 3.12) في الفرن على 350 درجة مئوية، ومنعها من 1 ساعة تصل إلى 4 أيام.
  2. إرفاق عينة لصاحب العينة باستخدام معجون الفضة.
  3. إدراج نموذج في هيئة التصنيع العسكري المسح الإلكترونroscope. الحصول على عدة صور من العينة.
  4. إدراج العينة في المجهر الإلكتروني الماسح. مراقبة العينة تحت المجهر واختيار المنطقة لتحليل العناصر التي كتبها EDX. إجراء تحليل EDX من المنطقة المختارة وتحليل نمط الحصول عليها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

مورفولوجية مجمعات supramolecular يتم فحص PS-B-P4VP (PDP) × كتبها تيم وSAXS أرقام 2A و 2B عرض أنماط gyroid نموذجية من مجمع supramolecular ممثل: المزدوج موجة وأنماط عربة العجلات التي هي معروفة لتمثيل التوقعات من خلال (211) و(111) طائرة من الخلية وحدة gyroid، على التوالي. المجالات كتلة PS تظهر مشرق في حين تظهر P4VP (PDP) نطاقات كتلة خ الظلام بسبب اليود تلطيخ. يمثل الشكل 2C نمط المزدوج موجة من عينة مختلفة من gyroid التي انخفضت وتيرة مع عامل من 2. قمم في SAXS مواقف: √ 6Q *، √ 8Q *، √ 14Q *، * √ 22q، و√ 50Q * تأكيد bicontinuous الأولى أ 3 د مورفولوجية (الشكل 2D) عينة.

ثبت الإزالة الكاملة للPDP عن طريق إخضاع PS-B-P4VP (PDP) × معقدة لالإيثانول بنسبة 1H NMR وDSC. بعد العلاج الإيثانول، جميع 1 H NMR إشارات مميزة لPDP غائبة ويتم استرداد الطيف من مجموعة من البوليمرات diblock. بالإضافة إلى ذلك، فإن البيانات DSC يعني أن السلوك الحراري للعينة الايثانول المعالجة والتي من كوبوليمر diblock متطابقة. يتم تحديد الخصائص التكوينية للقالب gyroid التي يسهل اختراقها من قبل ممثل امتصاص النتروجين والزئبق porosimetry. مساحة محددة BET من 104 م 2 / ز عالية نوعا ما، وقالب تحتل ما يقرب من 60٪ المجلد، ومتوسط ​​قطر المسام هو 40 نانومتر، وتوزيع حجم المسام ضيقة جدا (الشكل 3).

قبل الطلاء للكهرباء، وتودع المحفز المشتريات على سطح القالب gyroid لتوجيه الحد من أيون النيكل انتقائية. تباعا، معدن النيكل يملأ المسام من القالب البوليمر. الشكل 4A يمثل صورة مجهرية تيم من النيكل مطلي عينة غير ملوثين gyroid والتعاونntrast في الصورة تنبع من المعدن المودعة في nanochannels. بالإضافة إلى ذلك، فإن نمط عربة عجلة مميزة يؤكد الحفاظ على التشكل gyroid مزدوجة خلال خطوات المعالجة. الميكروسكوب HR TEM (أرقام 4B و 4C) تظهر كبيرة نسبيا، البلورة ني مترابطة وتحليل EDX (الشكل 4D) يكشف عن التركيب الكيميائي للعينة مطلي. كما هو متوقع، ويلاحظ الكربون والنيكل قمم بارزة، جنبا إلى جنب مع ذروة الأوكسجين التي تشير إلى أكسدة رغوة النانوية النيكل عند تخزينها في الهواء.

أخيرا، تتحلل البوليمر المتبقية عن طريق تسخين isothermally في 350 درجة مئوية لمدة لا يقل عن نصف ساعة، وترك شبكة النيكل سليمة. النيكل طبق الاصل يتعرض يحافظ على التشكل gyroid عكسية على نحو ما أكده SEM (الشكل 5).

الشكل 1 الشكل 1. تمثيل تخطيطي لإعداد الرغوة النانوية المعدنية gyroid (أ) التركيب الكيميائي للsupramolecular المعقدة PS-B-P4VP (PDP) ×. (ب) gyroid Bicontinuous مورفولوجية PS-B-P4VP (PDP) × تبين PS (الازرق) وP4VP (PDP) × (برتقالي) شرائح. (ج) القالب نانوية مسامية بعد زوال PDP. (د) بواسطة ترسب للكهرباء، وتملأ الفراغات بين الدعامات PS مع النيكل. (ه) Gyroid رغوة النانوية النيكل بعد إزالة قالب البوليمر عن طريق الانحلال الحراري. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. .

الرقم 2 الشكل 2 (أ، ب) من micrographs تيم PS-B-P4VP (PDP) × عينة مع س = 1.5، و P4VP (PDP) = 0.69 M والمجموع = 135،000 غ / مول، تمثل الموجة المزدوجة و عربة عجلة نمط gyroid، على التوالي. (ج، د) صورة مجهرية تيم ونمط SAXS من gyroid PS-B-P4VP (PDP) × عينة مع س = 0.8، و P4VP (PDP) = 0.59 M والمجموع = 90،600 غ مول -1. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. .

الرقم 3 الرقم 3. مسام حجم التوزيع من القالب gyroid مسامية المستمدة من PS-B-P4VP (PDP) × معقدة مع س = 1.0، و P4VP (PDP) = 0.62 M والمجموع = 83300 جم / مول. ويمثل الرسم البياني مشتقة حجم المسام التراكمي مباراة قطر المسام. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4
الشكل 4 (أ) صورة تيم من النيكل مطلي غير ملوثين قالب البوليمر gyroid المستمدة من PS-B-P4VP (PDP) × معقدة مع س = 1.0، و P4VP (PDP) = 0.62 M و (ب، ج) وصور HR TEM تظهر البلورة ني كبيرة نسبيا ومترابطة. (د) نمط EDX من النيكل مطلي عينة تبين الكربون والنيكل قمم بارزة، جنبا إلى جنب مع ذروة الأوكسجين التي تشير إلى أكسدة رغوة النانوية النيكل عند تخزينها في الهواء. ذروة النحاس تنبع من الشبكة تستخدم كوسيلة لدعم. النيكل مطلي عينة (ب، ج، د) مشتق من PS-B-P4VP (PDP) × معقدة مع س = 0.8، و P4VP (PDP) = 0.59 M والمجموع = 90،600 غ مول -1. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5 الرقم 5. الميكروسكوب SEM من معكوس gyroid النسخة المتماثلة النيكل المستمدة من PS-B-P4VP (PDP) × معقدة مع س = 1.5، و P4VP (PDP) = 0.69 M والمجموع = 135،000 غ / مول. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

يتم طبع الأرقام بإذن 36. جميع الحقوق محفوظة 2011 جمعية الكيميائية الأميركية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يتم تطبيقها بنجاح المجمعات Supramolecular كما السلائف لnanofoams معدنية أمر جيد. في هذه الطريقة، فإن الخطوة الحاسمة هي للحصول على القالب المناسب، أي قالب مع التشكل gyroid. في الرسم البياني مرحلة من بوليمرات كتلة المنطقة gyroid صغير جدا وأنه من الصعب بل لاستهداف. هذا يعني أنه إذا كان يتم استخدام بوليمرات كتلة التقليدية والمواد الأولية، والتوليف تفصيلا جدا أن تتكرر حتى تكوين المطلوب، الذي يؤدي إلى التشكل gyroid، يتم التوصل إليه. في PS-B-P4VP (PDP) مجمعات تركيبات مختلفة، وبالتالي الأشكال التضاريسية مختلفة، لا يمكن أن يتحقق ببساطة شديدة - عن طريق تغيير كمية PDP المضافة. على الرغم من أن المنطقة gyroid في الرسم البياني مرحلة PS-B-P4VP (PDP) مجمعات صغيرة نسبيا كذلك، فمن الممكن الحصول على المجمعات gyroid مع أحجام مجال مختلف. من المهم جدا أيضا أن ندرك أن في diblock البوليمرات التقليدية مع غرايمورفولوجيا رويد، المكون شبكة أقلية تحتل كاليفورنيا. المجلد 35٪ ومصفوفة غالبية المكون كاليفورنيا. المجلد 65٪. وهكذا، فإن إزالة مصفوفة النتائج في قالب يسهل اختراقها للغاية والتي يسهل اختراقها في المقابل أقل بكثير البنية النانوية المعدنية. نحن هنا فقط إزالة جزء من المصفوفة وبالتالي، فإن المسامية من رغوة المعادن النهائية ستكون أعلى من 50٪ المجلد وهو معدل مرتفع بما يكفي لتلبية الاحتياجات العامة لتشكيل الرغوة النانوية المعدنية 5. علاوة على ذلك، في نهج كتلة كوبوليمر التقليدية، إذا تم إزالة أكسيد البولي ايثيلين (بيو) أو عديد حمض اللبنيك (جيش التحرير الشعبى الصينى) كتلة من PS-B-PEO أو PS-B-37 جيش التحرير الشعبى الصينى، والناتجة PS سطح مسعور من قالب يسهل اختراقها سيتطلب التعديل قبل الطلاء للكهرباء 38. هنا، وجود P4VP الهالة القطبية على سطح القالب يسهل تغلغل الكواشف المستندة إلى المياه المستخدمة في عملية الطلاء للكهرباء ويلغي هذا modificatiعلى الخطوة.

nanofoams المعدنية، وكطبقة جديدة وتطوير المواد، ومن المتوقع أن يكون تغيير وتحسين في المستقبل القريب لتلبية احتياجات محددة. يمكن أن تختلف تركيبتها الكيميائية، وعلى سبيل المثال، والاتحاد الافريقي، حج، النحاس، الكوبالت، الخ. يمكن إعداد nanofoams. بالإضافة إلى ذلك، كتلة كوبوليمر النموذجيه يمكن دمجها مع dealloying الرائدة nanofoams معدنية لمسامية هرميا. السبائك المعدنية (مثل الاتحاد الافريقي، حج) يمكن أن تودع في القنوات قالب كتلة كوبوليمر عبر طريقة الطلاء للكهرباء. بعد تدهور البوليمر، وهو معدن أقل نبلا (على سبيل المثال حج) يمكن إزالتها عن طريق dealloying مما أدى إلى الاتحاد الافريقي رغوة النانوية المسامية هرميا. وعلاوة على ذلك، فإن هيكل الرغوة النانوية المعدنية يمكن ضبطها من خلال الاختلاف في التشكل من كوبوليمر كتلة الانطلاق. إلى جانب المرحلة gyroid، منع الأشكال التضاريسية من البوليمرات مثل كابوس سباك 39 أو الشبكة Fddd معيني متعامد المحاور40-42 من المرشحين للاهتمام لإعداد الرغوة النانوية المعدنية. لا يزال فحص مجال nanofoams المعادن سيئة وأنه من المتوقع أن تجلب الاكتشافات المثيرة في المستقبل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب تعلن أي المصالح المالية المتنافسة.

Acknowledgments

نحن نعترف الدعم المالي من قبل معهد Zernike للمواد المتقدمة، جامعة جرونينجن.

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

  1. Erlebacher, J., Aziz, M. J., Karma, A., Dimitrov, N., Sieradzki, K. Evolution of nanoporosity in dealloying. Nature. 410, 450-453 (2001).
  2. Nyce, G. W., Hayes, J. R., Hamza, A. V., Satcher, J. H. Synthesis and Characterization of Hierarchical Porous Gold Materials. Chem. Mater. 19, 344-346 (2007).
  3. Detsi, E., van de Schootbrugge, M., Punzhin, S., Onck, P. R., De Hosson, J. T. M. On tuning the morphology of nanoporous gold. Scripta Mater. 64, 319-322 (2011).
  4. Gacoin, T., Lahlil, K., Larregaray, P., Boilot, J. P. Transformation of CdS Colloids: Sols, Gels, and Precipitates. J. Phys. Chem. B. 105, 10228-10235 (2001).
  5. Tappan, B. C., Steiner, S. A., Luther, E. P. Nanoporous Metal Foams. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 4544-4565 (2010).
  6. Leventis, N., Chandrasekaran, N., Sadekar, A. G., Sotiriou-Leventis, C., Lu, H. One-Pot Synthesis of Interpenetrating Inorganic/Organic. Networks of CuO/Resorcinol-Formaldehyde Aerogels: Nanostructured Energetic Materials. J. Am. Chem. Soc. 131, 4576-4577 (2009).
  7. Leventis, N., Chandrasekaran, N., Sotiriou-Leventis, C., Mumtaz, A. Smelting in the age of nano: iron aerogels. J. Mater. Chem. 19, 63-65 (2009).
  8. Tappan, B. C., et al. Ultralow-Density Nanostructured Metal Foams: Combustion Synthesis, Morphology, and Composition. J. Am. Chem. Soc. 128, 6589-6594 (2006).
  9. Ashby, M. F., et al. Metal Foams: a Design Guide. Butterworth-Heinemann. , (2000).
  10. Tekoglu, C. Size Effects in Cellular Solids. , University of Groningen. (2007).
  11. Amsterdam, E. Structural Performance and Failure Analysis of Aluminium Foams. , University of Groningen. (2008).
  12. Bates, F. S., Fredrickson, G. H. Block Copolymer Thermodynamics: Theory and Experiment. Annu. Rev. Phys. Chem. 41, 525-527 (1990).
  13. Hamley, I. W. The Physics of Block Copolymers. , Oxford University Press. (1998).
  14. Abetz, V., Simon, P. Advances in Polymer Science. , Springer. Berlin / Heidelberg. (2005).
  15. Hillmyer, M. A. Nanoporous Materials from Block Copolymer Precursors. Adv. Polym. Sci. 190, 137-181 (2005).
  16. Mansky, P., Harrison, C. K., Chaikin, P. M., Register, R. A., Yao, N. Nanolithographic templates from diblock copolymer thin films. Appl. Phys. Lett. 68, 2586-2588 (1996).
  17. Hashimoto, T., Tsutsumi, K., Funaki, Y. Nanoprocessing Based on Bicontinuous Microdomains of Block Copolymers: Nanochannels Coated with Metals. Langmuir. 13, 6869-6872 (1997).
  18. Chen, S. -Y., Huang, Y., Tsiang, R. C. -C. Ozonolysis efficiency of PS-b-PI block copolymers for forming nanoporous polystyrene. J. Polym. Sci. A Polym. Chem. 46, 1964-1973 (2008).
  19. Thurn-Albrecht, T., et al. Nanoscopic Templates from Oriented Block Copolymer Films. Adv. Mater. 12, 787-791 (2000).
  20. Park, M., Harrison, C., Chaikin, P. M., Register, R. A., Adamson, D. H. Block Copolymer Lithography: Periodic Arrays of ~1011 Holes in 1 Square Centimeter. Science. 276, 1401-1404 (1997).
  21. Cheng, J. Y., Ross, C. A., Thomas, E. L., Smith, H. I., Vancso, G. J. Fabrication of nanostructures with long-range order using block copolymer lithography. Appl. Phys. Lett. 81, 3657-3659 (2002).
  22. Voet, V. S. D., et al. Interface Segregating Fluoralkyl-Modified Polymers for High-Fidelity Block Copolymer Nanoimprint Lithography. J. Am. Chem. Soc. 133, 2812-2815 (2011).
  23. Zalusky, A. S., Olayo-Valles, R., Wolf, J. H., Hillmyer, M. A. Ordered Nanoporous Polymers from Polystyrene-Polylactide Block Copolymers. J. Am. Chem. Soc. 124, 12761-12773 (2002).
  24. Crossland, E. J. W., et al. A Bicontinuous Double Gyroid Hybrid Solar Cell. Nano Lett. 9, 2807-2812 (2008).
  25. Uehara, H., et al. Size-Selective Diffusion in Nanoporous but Flexible Membranes for Glucose Sensors. ACS Nano. 3, 924-932 (2009).
  26. Voet, V. S. D., et al. Poly(vinylidene fluoride)/nickel nanocomposites from semicrystalline block copolymer precursors. Nanoscale. 5, 184-192 (2013).
  27. Brinker, C. J., Scherer, J. W. Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. , Academic Press. (1990).
  28. Hsueh, H. -Y., et al. Inorganic Gyroid with Exceptionally Low Refractive Index from Block Copolymer Templating. Nano Lett. 10, 4994-5000 (2010).
  29. Hsueh, H. -Y., Ho, R. -M. Bicontinuous Ceramics with High Surface Area from Block Copolymer Templates. Langmuir. 28, 8518-8529 (2012).
  30. Riedel, W. Electroless Nickel Plating. , (1991).
  31. Mallory, G. O., Hajdu, J. B. Electroless Plating: Fundamentals and Applications. American Electroplaters and Surface Finishers Society. , (1992).
  32. Djokić, S. S. Modern Aspects of Electrochemistry. , Springer US. (2002).
  33. Djokić, S. S., Cavallotti, P. L. Modern Aspects of Electrochemistry. , Springer. New York. (2010).
  34. Crossland, E. J. W., Ludwigs, S., Hillmyer, M. A., Steiner, U. Control of gyroid forming block copolymer templates: effects of an electric field and surface topography. Soft Matter. 6, 670-676 (2010).
  35. Hsueh, H. Y., et al. Nanoporous Gyroid Nickel from Block Copolymer Templates via Electroless Plating. Adv. Mater. 23, 3041-3046 (2011).
  36. Vukovic, I., et al. Supramolecular Route to Well-Ordered Metal Nanofoams. ACS Nano. 5, 6339-6348 (2011).
  37. Mao, H., Hillmyer, M. A. Macroscopic samples of polystyrene with ordered three-dimensional nanochannels. Soft Matter. 2, 57-59 (2006).
  38. Kobayashi, Y., Tadaki, Y., Nagao, D., Konno, M. Deposition of Gold Nanoparticles on Polystyrene Spheres by Electroless Metal Plating Technique. J. Phys. Conf. Ser. 61, 582-586 (2007).
  39. Finnefrock, A. C., Ulrich, R., Toombes, G. E., Gruner, S. M., Wiesner, U. The plumber's nightmare: a new morphology in block copolymer-ceramic nanocomposites and mesoporous aluminosilicates. J. Am. Chem. Soc. 125, 13084-13093 (2003).
  40. Tyler, C. A., Morse, D. C. Orthorhombic Fddd network in triblock and diblock copolymer melts. Phys. Rev. Lett. 94, 208-302 (2005).
  41. Ranjan, A., Morse, D. C. Landau theory of the orthorhombic Fddd phase. Phys. Rev. E. 74, 011803 (2006).
  42. Kim, M. I., et al. Stability of the Fddd Phase in Diblock Copolymer Melts. Macromolecules. 41, 7667-7670 (2008).

Tags

nanofoams الكيمياء، العدد 86، والبوليمرات، المواد المركبة البوليمر والمواد الرغوية، بوليمرات كتلة، التجميع الذاتي، supramolecules، gyroid، نانوية مسامية، والطلاء للكهرباء، والمعادن
Gyroid النيكل النانو من Diblock كوبوليمر Supramolecules
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter