Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

Kovalent Organik Çerçevelerin Mikroakışkan Temelli Sentezi (COF'ler): Bir Yüzey Üzerinde COF Liflerinin Sürekli Üretimi ve Doğrudan Baskı için Bir Aracı

doi: 10.3791/56020 Published: July 10, 2017

Summary

Kovalent organik çerçevelerin (COFs) sentezi için yeni bir mikroakışkan tabanlı yöntem sunuyoruz. Bu yaklaşımın, sürekli COF lifleri üretmek için nasıl kullanılabileceğini ve ayrıca yüzeylerde 2D veya 3D COF yapıları oluşturabileceğini gösteriyoruz.

Abstract

Kovalent Organik Çerçeveler (COF), sıklıkla işlenemeyen kristal tozlar halinde sentezlenen gözenekli kovalent materyallerin bir sınıfıdır. İlk COF, hazırlık aşamasında yeni sentetik yolların oluşturulması üzerine yoğun çaba sarf edilerek 2005 yılında bildirildi. Bugüne kadar, COF sentezi için mevcut en sentetik yöntemler, solvotermal koşullar altında bulk karıştırmaya dayanmaktadır. Bu nedenle, reaksiyon koşulları üzerinde ince kontrol sağlamak ve yüzeylerde COF işleme kabiliyetini iyileştirmek için COF sentezi için sistematik protokoller geliştirmeye olan ilginin artması, pratik uygulamalarda kullanılması için gereklidir. Burada, iki kurucu yapı bloğu olan 1,3,5-benzenetrikarbaldehit (BTCA) ve 1,3,5-tris (4-aminofenil) benzen (TAPB) arasındaki reaksiyonun, COF sentezi için yeni bir mikroakışkan tabanlı yöntem sunduk. Kontrollü difüzyon koşulları altında ve oda sıcaklığında gerçekleşir. Böyle bir yaklaşım kullanarak sünger benzeri crysBundan sonra MF-COF olarak adlandırılan bir COF maddesinin elmas lifleri. MF-COF'nin mekanik özellikleri ve yaklaşımın dinamik yapısı, MF-COF elyaflarının sürekli olarak üretilmesine ve yüzeylere doğrudan baskı yapılmasına olanak tanır. Genel yöntem, esnek veya sert yüzeylerde 2D veya 3D COF yapılarının ileri düzeyde yazdırılması gereken yeni potansiyel uygulamalar açar.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Kovalent organik çerçeveler (COFs), organik yapı taşlarının kovalent bağlar 1 , 2 , 3 , 4 , 5 ile sağlam bir şekilde bir arada bulunduğu gözenekli ve kristalin bir maddedir. COF'ler tipik olarak, kurucu moleküler yapı bloklarının nihai ve önceden belirlenmiş bir gözenekli tertibat tanımlamak için seçici olarak reaksiyona girdiği yerde, supramoleküler kimya prensipleri takip edilerek monte edilir. Böyle bir yaklaşım, kontrollü ve sıralı yapıya ( örneğin , tanımlanmış gözenek boyutlarına sahip) ve kompozisyon 3 , 6 , 7 , 8'e sahip materyallerin sentezlenmesine izin verir. Diğer gözenekli malzemelerle karşılaştırıldığında, COF'ler hafif elementlerden (C, H, B, N ve O) oluşur ve ayarlanabilir poroya sahip oldukları için benzersizdirler Bölgeler 1 , 5 . Bu eşsiz ve özsel özelliklerden esinlenilerek COF'ler, kimyasal ayırmalarda 9 , gaz depolaması 10 ve kataliz 11 , sensörler 12 , optoelektronik 13 , temiz enerji teknolojileri 14 ve elektrokimyasal enerji cihazları 15 için potansiyel uygulama için değerlendirilmiştir.

Bugüne kadar, COF malzemelerinin hazırlanması için kullanılan yöntemlerin büyük çoğunluğu, yüksek sıcaklık ve basınçların standart olduğu solvotermal öz-yoğunlaşma ve ko-yoğunlaştırma reaksiyonlarına dayanmaktadır. COF'ler termal olarak sağlam olmasına rağmen genellikle sınırlı işlemlenebilirlik özelliklerine sahiptir, yani , COF'ler genellikle çözülmeyen ve işlenemeyen kristalin tozlardır ve bu, potansiyel ve pratik uygulamalardanSs = "xref"> 2 , 6 , 8 , 16 , 17 . COF sentezinde kaydedilen dikkate değer ilerleme kaydedilmesine rağmen, alanda önemli bir zorluk, yüzeylerde işlenebilirliklerini kolaylaştırabilen uygun reaksiyon koşullarında ( örneğin sıcaklık ve basınç) COF'lerin hazırlanmasını sağlayan bir yöntem geliştirmektir.

Son zamanlarda, çalışmalar, Shiff-bazlı kimyanın, oda sıcaklığında bir imin bazlı COF sentezinde kullanılabileceğini göstermiştir. 1,3,5-tris (4-aminofenil) benzen (TAPB) ve 1,3,5-benzenetrikarbaldehid (BTCA) 17 arasındaki hızlı ve etkin tepkime nedeniyle RT-COF-1 olarak adlandırılan üretilen COF oluşur ( Şekil 1A ). Bu sentetik yöntemin etkinliği, litografi kullanılarak katı ve esnek yüzeyler üzerinde RT-COF-1'in mikron ve alt mikron paternlerinin doğrudan baskısı ile gösterildi veyaMürekkep püskürtmeli baskı teknikleri. Kısa süre önce ve mikroakışkanlardan faydalanarak, bundan sonra MF-COF 6 olarak adlandırılan aynı imin esaslı COF liflerinin sürekli sentezi için etkili bir yaklaşım sergiledik. COFs 18'in üretilmesi için bildirilen diğer sentetik yaklaşımlardan farklı olarak, bu mikro-akışkan tabanlı sentetik yöntem, ortam sıcaklıklarında ve basınçlarda birkaç saniye içinde MF-COF liflerinin hızlı sentezini mümkün kılmıştır. Dahası, sentezlenmiş MF-COF elyaflarının mekanik stabilitesi sayesinde, bu mikro-akışkan tabanlı yöntemin yüzeylerde 2D ve 3D yapıların doğrudan baskısını nasıl sağlayacağını gösterdik. Burada, bu yöntemin farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip çeşitli yüzeylerde COF yapıları çizmek için kullanılabileceğini göstermektedir. Bu yeni yöntemin, farklı yönlerde ve çeşitli yüzeylerde COF'lerin iyi kontrollü desenlenmesi ve doğrudan baskısı için yeni yollar açtığına inanıyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Ana kalıp imalatı

  1. Daha önce 19'da ayrıntılı olarak anlatıldığı gibi 4 inç silikon ana kalıbın fotolitografik imalatını gerçekleştirin; Bu çalışmada kullanılan ana kalıp aynı protokol kullanılarak imal edilmiştir.
    NOT: Mikroakışkan aygıtlar genellikle çok adımlı bir işlemle üretilir. İlk adım geleneksel bir çizim yazılımı kullanarak mikroakışkan kanalın tasarımıdır. Ardından, mikroakışkan ağı içeren yüksek çözünürlüklü film fotomasları yaklaşık 5 μm hassasiyetle üretilir. Ardından, ana kalıplar, standart fotolitografi teknikleri ile 4-inç silikon gofret üzerine imal edilir. Mevcut araştırmalarda ana kalıpların imalatı için SU-8, negatif fotoresistir. SU-8 yapılarının yüksekliği cihazlarımızda 50 μm olarak tanımlanmaktadır. Son olarak, mikroakışkan cihazlar doğrudan şeffaf bir polimer, normalde polidimetHylsiloxane (PDMS), ana kalıba karşı.

2. Tek Katmanlı Mikroakışkan Cihazların İmalatı

NOT: Protokol 70 ° C'de çalışan bir fırını gerektirir. Fırın sıcaklığı, imalat protokolünü başlatmadan önce 70 ° C'de dengelenmelidir. Düşük sıcaklıklar, zayıf bağlanmış ve işlevsellik dışı cihazlara neden olabilir.

  1. Üretilen ana kalıbı, vakum pompası ile donatılmış bir desikatör içine yerleştirin. Ardından, bir cam flakole 100 mcL klorotrimetilsilan dökün ve bunu desikatöre yerleştirin.
    NOT: DİKKAT! Klorotrimetilsilan, aşındırıcı, tehlikeli ve toksik bir maddedir. Buna göre, tüm taşıma adımları iyi havalandırılan bir duman davlumbazı altında gerçekleştirilmelidir ve uygun koruyucu gözlükler, eldivenler ve laboratuar ceketi giyilmelidir.
  2. Desikatörü kapatın ve vakumun altına koyun (bu deneyde, 51 mbar). Buharlaştırılmış klorotrimetilin çökelmesini sağlamak için en az 1 saat bekleyin.Kalıp yüzeyinde silan. 1 saat sonra, desikatörün hava valfini hafifçe açın, atmosferik basınca dengeleyin ve açın.
    NOT: DİKKAT! Desikatör açıldığında klorotrimetilsilan buhar sızdırıyor; Doğrudan desikatörün üzerinde nefes almayın ve her zaman yukarıdaki havalandırmalı bir duman kabininde yapın.
  3. Silanize edilmiş usta kalıbı dikkatlice elle alın ve desikatörü kapatın. Ana kalıbı, yüzeyinde partiküllerin birikmesini önlemek için kapalı bir kutuya (veya laminer bir akış kaputunun içine) saklayın.
    NOT: Devam eden tüm adımlar düzgün bir hava hızı ile çalışan bir laminer akış kaputunun altında yapılmalıdır.
  4. Tek kullanımlık bir kaba PDMS ön polimer ve kür ajanı (ağırlıkça 10: 0.9) karışımı hazırlayın ve plastik bir spatula ile şiddetle karıştırın. Kılavuz olarak yaklaşık 5 mm kalınlığında dört PDMS mikroakışkan cihazı imal etmek için 20 g elastomer ve 1.8 g sertleştirme maddesi kullanın.
  5. İyi karıştırılmış PD içeren kap koyunMS, vakum altında desikatörde hava kabarcıklarını gidermek ve çıkarmak için kullanmaktadır. PDMS gazı giderildikten sonra desikatörü açın ve kabı çıkarın.
    NOT: Bu deneyde 51 mbar'da yaklaşık 30 dakika sürmektedir.
  6. Her biri iç kalıpları 24 mm x 24 mm olan dört kare çerçeve ( örneğin , politetrafloroetilen (PTFE) çerçeveler) ana kalıp üzerine hafifçe yerleştirin ve böylece her biri ana kalıptaki tek bir desenli yapı etrafında bir duvar oluşturur.
  7. Gazdan arındırılmış PDMS'yi çerçevelere ve kalıp dolana kadar ana kalıbın üzerine dökün. Doldurulmuş kare çerçeveli kalıp kalıbını 2 saat boyunca 70 ° C'de bir fırın içine yerleştirin.
  8. 2 saat sonra ana kalıbı fırından çıkarın ve tertibatı oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
  9. Yapılandırılmış PDMS döşemeleri (veya PDMS cipsi) ve kare çerçeveleri elle ana kalıptan ayırarak soyun ve PDMS çiplerini kare çerçevelerden dışarıya doğru kaydırın.
  10. Delme giriş ve çıkış delikleri, 1.5 mm'lik biyopsi delici kullanılarak deTasarımdaki, örneğin mikroakışkan kanalların sonundaki pozisyonları. Ekstra PDMS parçalarını kesin ve yapışkan bant kullanarak yapılandırılmış PDMS yongalarının yüzeyindeki herhangi bir pisliği temizleyin.
  11. PDMS yongalarını (açık kanallar yukarı bakacak şekilde) yanı sıra cam lamelleri bir plazma jeneratörü odasına yerleştirin ve bölmeyi kapatın.
  12. Plazma jeneratörünü vakum altına koyun (burada 1.4 mbar); Plazma jeneratörünü 1 dakika çalıştırın.
  13. 1 dakika sonra, plazma jeneratörünü kapatın, bölmeyi havalandırın ve işlenmiş PDMS fişlerini ve cam lamelleri çıkarın. Kanalları kapatmak için PDMS çiplerini (yapılandırılmış kanallarla yan taraftan) bağlayın ve cam lamelleri birbirine bağlayın; Bu noktada tek katmanlı mikro-akışkan cihazlar üretilir.
  14. Son olarak, bağlı PDMS ve cam arasındaki bağlantının büyük ölçüde arttırılması için bağlı mikroakışkan cihazları 70 ° C'de en az 4 saat fırında yerleştirin.

3. HazırlamakMikroakışkan Kurulum ve Öncü Çözümlerin İyonu

  1. Asetik asit içinde 0.040 M BTCA çözeltisi hazırlayın.
    NOT: DİKKAT! Asetik asit tehlikeli, aşındırıcı ve yanıcı bir bileşiktir ve buhar gözler ve solunum sistemini aşırı derecede tahriş edicidir. Buna göre, taşıma adımları bir duman davlumbazında yapılmalıdır. Ayrıca, kullanıcı koruyucu laboratuar önlüğü, gözlük ve eldiven giymelidir.
  2. Asetik asit içinde 0.040 M TAPB solüsyonu hazırlayın.
    NOT: Mevcut deneylerde kullanılan mikroakışkan cihaz dört giriş kanalına sahiptir ( Şekil 1B ve Şekil 2 ).
  3. BTCA ve TAPB solüsyonlarını iki farklı enjektöre (5 mL şırınga ile 3 mL'lik solüsyon yükledi) yükleyin, şırıngaları bir şırınga pompasına yerleştirin ve sabitleyin ve bunları fabrikasyon mikroakışkan yonganın iki orta girişine (giriş başına bir reaktif) PTFE boru (iç çapı 0,8 mm).
  4. İki şırıngayı saf ile doldurunAsetik asit (burada tamamen doldurulmuş 5 mL enjektörler) yerleştirin ve şırınga pompasına yerleştirin ve aynı tip PTFE tüpünü kullanarak mikroakışkan yonganın iki yan girişine bağlayın.
  5. Mikroakışkan çipin çıkışına yeterince uzun bir PTFE tüpünü (mevcut deneyde ~ 15 cm) bağlayın. Aşağıdaki adımlarda açıklandığı gibi sıvı akışını motive etmek için bilgisayar kontrollü bir şırınga pompası kullanın.

4. MF-COF Liflerinin Sürekli Sentezi

  1. Şırınga pompasının kullanılması, her biri 100 mcL / dak'lık bir akış hızında iki asetik asit kılıf akışı oluşturur; Kılıf akışları reaktif akışlarının dış tarafında bulunur ( Şekil 2 ).
  2. 1 dakika bekleyin ve iki reaktif (TAPB ve BTCA) her biri 50 mcL / dak'lık bir akış oranında iki orta girişten (giriş başına bir reaktif) enjekte edin. Kararlı akışlar sağlanıncaya kadar 1 dakika bekleyin.
  3. Sarı fibroz mikro yapının oluşumuna dikkat edinDaha önce Fourier transform infrared (FT-IR) spektroskopi, element analizi ve katı hal 13 C CP-MAS-NMR 6 ile MF-COF olarak karakterize edilen ures; Bu koşullar altında MF-COF oluşumu sürekli değildir.
  4. TAPB ve BTCA akış hızını 200 μL / dk'ya yükseltin ve iki asetik asit akışının 100 μL / dk'da muhafaza edilmesini sağlayın. Akış sabitleninceye kadar 1 dakika bekleyin. Son derece konsantre bir sarı MF-COF lif süspansiyonunun oluşumuna dikkat edin, sonuçta çıkışın tıkanmasına neden olursunuz.
  5. Çip ve çıkış tüpleri şimdi çalışmazken, yeni bir yonga kullanın ve adım 3.3-3.6'ya göre deney için hazırlayın.
  6. Her biri 100 μL / dakika'lık bir akış hızında iki asetik asit kılıf akışı getirin ve 1 dakika bekleyin. TAPB ve BTCA akışlarını her biri 100 μL / dk'ya ayarlayın ve sürekli bir sarı MF-COF elyaf oluşumuna dikkat edin.
  7. Tüpün çıkışını, asetat içeren bir Petri kabına yerleştirinIc asidi. Örneğin, yuvarlak bir cam Petri kabında (60 mm çapında) 10 mL asetik asit yerleştirin. Sentezlenen elyaf, mikroakışkan cihazın çıkışında bulunan tüpten çıktıktan sonra, sürekli MF-COF elyafının çıkışını kolaylaştırmak için tüpü bir yüzey üzerinde hareket ettirin.

5. 2D ve 3D MF-COF Yapılarının Doğrudan Baskısı

NOT: Sentetlenmiş elyaf tamamen homojen olmayabileceğinden, sürekli baskı yapılabilmesi için biriktirme hızı ayarlanmalıdır.

  1. Mikroakışkan kurulumu 3. bölümde açıklandığı gibi hazırlayın ve dört çözeltinin her birinin 100 uL / ​​dak'lık bir akış hızında enjekte edin.
  2. Akışlar dengeleninceye ve sentezlenen MF-COF elyafının mikroakışkan cihazın çıkışında bulunan tüpten çıkana kadar 1 dakika bekleyin. MF-COF liflerinin doğrudan baskısı için mikroakışkan aygıtın çıkışında bulunan tüpün çıkışının yanında temiz bir tabaka hazırlayın.
    NOT: Araştırmalarımızda, 24 mmTüm baskı deneyleri için x 76 mm cam lamelleri kullanılmıştır.
  3. Mikroakışkan cihazın çıkışına bağlı boruyu, ucunun cam lamelinden birkaç milimetre yukarıda olacak şekilde tutun. MF-COF lifinin çıkmasını kolaylaştırmak ve bir araya toplanmayı önlemek için boruyu cam lamelinin üzerinde yavaşça hareket ettirin.
  4. Akışlar stabilize olduktan sonra, serbest duran ve kararlı bir MF-COF lifi gözlemlemek için, mikro sıvı cihazın çıkışında bulunan tüp cam lamelinden yaklaşık 2-3 cm uzakta kaldırın.
  5. Yazdırmaya devam etmek için, tüpün çıkışını cam lameline geri getirin ve istenen 2B veya 3B MF-COF yapısını çizmek için tüpü manuel olarak yüzeyde hareket ettirin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Araştırmalarımızda kullanılan mikroakışkan aygıt, geleneksel PDMS çoğaltma kalıbı 20 kullanılarak üretildi ve bir ana mikrokanal içine birleşen dört mikroakışkan giriş kanalı içeriyor. Nihai mikroakışkan cihaz, Şekil 1B'de gösterildiği gibi, yapışmış bir PDMS tabakasından ve baskılanan mikrokanalları kapatmak için kullanılan bir cam lamderi'den oluşur.

Şekil 1
Şekil 1: Moleküler yapı blokları ve tek katlı mikroakışkan cihaz. ( A ) TAPB ve BTCA'nın kimyasal yapıları. ( B ) COF liflerinin sentezi için kullanılan mikroakışkan cihazın fotoğrafı. Bunun daha büyük bir sürümünü görmek için lütfen buraya tıklayınız.rakam.

Dört giriş mikroakışkan kanalı, 50 μm yüksek ve 50 μm genişliğindedir ve 50 μm yüksekliğinde 250 μm genişliğinde bir ana mikroakışkan kanal ile birleşir. İki reaktif akışı (hem BTCA hem de TAPB her ikisi de asetik asit) iki orta giriş kanalına enjekte edilirken saf asetik asidin iki kılıf akışı yan kanallara eklenir ( Şekil 2 , sentez bölgesi). Dört akışın tamamı, reaksiyonun difüzyon kontrolü altında gerçekleştiği ana mikroakışkan kanalda birleşir. Bu çalışmada, dört akışın tümü 100 μL / dak'lık bir akış oranına ayarlanmıştır. Bu şart bir taraftan sürekli bir MF-COF elyafı ( yaklaşık 2 mg / dakika kurutulmuş MF-COF elyafı üretim hızı ile) oluşmasını sağlar ve diğer taraftan hem ana mikroakışkan kanalın tıkanmasını önler Hem de mikroakışkan cihazın çıkışında bulunan tüp. Böyle optimize edilmiş akış cYüzeylerde doğrudan baskı yapmak için uygun mekanik özelliklere sahip sürekli bir sarı MF-COF elyafının imal edilmesine izin verir ( Şekil 2 , Baskı bölgesi).

şekil 2
Şekil 2: MF-COF liflerinin sentezi için kullanılan mikroakışkan kurulumun şematik gösterimi. Sentez ve baskı bölgeleri belirtilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Önceki çalışmamızda 6 , sentetik MF-COF liflerinin termal stabilite analizinin yanı sıra detaylı kimyasal karakterizasyon çalışmaları da bulunmaktadır. Şekil 3 , zayıflatılmış toplam yansıma FT-IR (ATR-FT-IR) verilerini ve D toz X-ışını kırınım (PXRD) desenleri, TAPB ve BTCA monomerlerinin yanı sıra MF-COF elyafları. ATR-FT-IR ölçümleri, MF-COF elyaflarındaki NH uzama bantlarının (3,300-3,500 cm -1 ) kaybolduğunu ve imin bağ oluşumuna tekabül eden 1,689 cm "1'de konumlanan yeni bir bandın ortaya çıkmasını göstermektedir. Üstelik, MF-COF liflerinin PXRD verileri, simüle edilen modelle iyi bir şekilde karşılaştırılmıştır. İlginç olarak, MF-COF'nin 3D sünger benzeri gözenekli organizasyonları oluşturan birbirine bağlı mikro-ve nano-liflerden oluştuğu ve bu arada MF-COF'nin RT-COF-1'den (kitle koşulları altında sentezlendiği) farklı olduğunu MF-COF'in morfolojik karakterizasyonu açıkladı RT-COF-1 tanımlanmış mikroyapıları içermeyen filmler oluşturur 17 . Bu morfolojik farklılık ayrıca, Brunauer-Emmet-Teller (BET) analizleri ile belirlenen toplam özgül yüzey alanları ile gösterildiği gibi, MF-COF'deki N2 adsorpsiyonundaki belirgin bir artışı açıklamaktadır 6 .

_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Şekil 3
Şekil 3: Reaktiflerin ve MF-COF liflerinin kimyasal ve yapısal analizi. ( A ) TAPB ve BTCA monomerlerinin yanısıra MF-COF elyaflarının ATR-FT-IR spektrumu. ( B ) MF-COF liflerinin PXRD desenleri (simüle edilmiş desenli) ve TAPB ve BTCA. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Bu sonuçlar, mikroakışkan reaksiyonları kullanarak sentezlenen COF'lerin benzersiz olduğunu ve alternatif sentetik yaklaşımlar kullanarak MF-COF karakteristiklerine ve performansa ulaşılamadığını göstermektedir. MF-COF'un mikroskobik düzeninden türetilen mekanik özellikler, yüzeyler üzerinde MF-COF liflerinin konformal baskısına izin verir. Şekil 4

Şekil 4
Şekil 4: Cam yüzeyler üzerinde 2D ve 3D MF-COF yapıları. Cam üzerinde ( B ) iki boyutlu ve ( C ) üç boyutlu MF-COF yapılarının deneylerini ( A ) yazma deneyleri ("ETH" ve "3D COF" kelimeleri ile) ve deneylerini basma. Ölçek çubukları = 1 cm. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Dahası, sentezlenen MF-COF elyaflarının mekanik özellikleri, baskı yaklaşımının basitliği ve esnekliği ile birlikte,Farklı esnek ve katı yüzeylerde MF-COF'nin trolled birikimi. Şekil 5'te gösterildiği gibi, MF-COF, cam, kağıt mendil, karton, alüminyum folyo ve polistiren gibi çeşitli yüzeylere basılabilir.

Şekil 5
Şekil 5: Farklı yüzeylerde MF-COF liflerinin basılması. MF-COF'un fotoğrafları ( A ) cam, ( B ) doku kağıdı, ( C ) karton, ( D ) alüminyum folyo ve ( E ) polistiren yüzeylere basıldı. Tüm ölçek çubukları 1 cm'dir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Burada bildirilen mikroakışkan tabanlı sentetik yöntem, yüzeyler üzerinde COF malzemelerinin doğrudan baskısı için yeni ve basit bir yaklaşım sağlar. Sentez, bir cam lameline bağlanmış bir mikroakışkan PDMS yongasından oluşan tek katmanlı bir mikroakışkan aygıt kullanılarak gerçekleştirilir. Mikroakışkan cihazın imalatı, bir silikon ana kalıba karşı PDMS'nin klasik olarak dökülmesi ve daha sonra, bir cam lameline karşı baskılanmış mikrokanallarla PDMS'nin birleştirilmesi yoluyla başarılabilir.

Mikroakışkan cihazın başarıyla monte edilmesi için, fotolitografi sırasında bulaşma ve kusurlardan kaçınmak için kalıp kalıbını bir temiz oda ortamında imal etmek önemlidir. Uygun olmayan koşulların bir sonucu olarak, kusurlu kalıp kalıpları fonksiyonel olmayan mikroakışkan cihazlara yol açacaktır. Ek olarak, PDMS'nin sertliğini kontrol eden sertleştirici ajana PDMS ön-polimer oranı, sağlam PDMS devi imal etmek için optimize edilmiştirHala yeterli elastikiyetine sahip olan ces. PDMS çipinin esnekliği, PTFE tüpünün mikro-akışkan cihazın giriş ve çıkış deliklerine istikrarlı bir biçimde yerleştirilmesini kolaylaştırmada önemlidir.

Mikroakışkan cihazlarda bulunan laminer akış koşulları, birlikte akış sağlayan reaktif akıntıları arasındaki ara yüzeyde gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar üzerinde ince bir kontrol sağlar. Mikroakışkan cihazlar içinde kolaylaştırılmış reçinelerin ileri düzeyde karıştırılması, diğer sentetik yöntemlerle erişilemeyen mikro ve nanoyapıların oluşumuna ve izolasyonuna aktif olarak katkıda bulunur 6 , 21 , 22 , 23 . Bu çalışmada, aynı zamanda, mikroakışkan sentezin, geleneksel yığın sentetik yöntemlerle elde edilenlerden farklı, birbirine bağlı elyaf mikroyapıları olan 3D sünger benzeri COF materyallerin oluşumuna neden olabileceğini gösteriyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Yazarlar, İsviçreli Ulusal Bilim Vakfı (SNF) 'ne maddi destek için proje no. 200021_160174.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
High resolution film masks Microlitho, UK - Features down to 5um
Silicon wafers Silicon Materials Inc., Germany 4" Silicon Wafers Front surface: polished, back surface: etched
Silicone Elastomer KIT (PDMS) Dow Corning, USA Sylgard 184 -
Chlorotrimethylsilane Sigma-Aldrich, Switzerland 386529 ≥97%, CAUTION: Handle it only under fume hood.
Biopsy puncher Miltex GmBH, Germany 33-31A-P/25 1.5 mm
Glass coverslip Menzel-Glaser, Germany BB024040SC 24 mm × 40 mm, #5
Plasma generator instrument Diener Zepto B Frequency: 40 kHz and plasma generator power: 0-30 W
PTFE tubing PKM SA, Switzerland AWG-TFS-XXX AWG 20TFS, roll of 100 m
neMESYS Syringe Pumps Cetoni GmbH, Germany Low Pressure (290N) -
Disposable Cup Semadeni, Switzerland 8323 PS, 200 ml
Plastic Spatula Semadeni, Switzerland 3340 L × W : 135 mm x 14 mm
Disposable Scalpels B. Braun, Switzerland 233-5320 Nr. 20
Disposable Syringes VWR, Switzerland 613-3951 5 ml, Discardit II
Acetic Acid Sigma-Aldrich, Switzerland 695092-500 >=99.7%, CAUTION: Handle it only under fume hood.
1,3,5-benzenetricarbaldehyde Aldrich-Fine Chemicals 753491 97%
1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzene Tokyo Chemical Industry T2728-5G >93.0%

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cote, A. P., et al. Porous, crystalline, covalent organic frameworks. Science. 310, 1166-1170 (2005).
  2. Ding, S. Y., Wang, W. Covalent organic frameworks (COFs): from design to applications. Chem Soc Rev. 42, 548-568 (2013).
  3. Huang, N., Wang, P., Jiang, D. L. Covalent organic frameworks: a materials platform for structural and functional designs. Nat Rev Mater. 1, 16068 (2016).
  4. Xu, H., Gao, J., Stable Jiang, D. L. crystalline, porous, covalent organic frameworks as a platform for chiral organocatalysts. Nat Chem. 7, 905-912 (2015).
  5. Wan, S., Guo, J., Kim, J., Ihee, H., Jiang, D. L. A Belt-Shaped, Blue Luminescent, and Semiconducting Covalent Organic Framework. Angew Chem Int Edit. 47, 8826-8830 (2008).
  6. Rodriguez-San-Miguel, D., et al. Crystalline fibres of a covalent organic framework through bottom-up microfluidic synthesis. Chem Commun. 52, 9212-9215 (2016).
  7. Bisbey, R. P., DeBlase, C. R., Smith, B. J., Dichtel, W. R. Two-dimensional Covalent Organic Framework Thin Films Grown in Flow. J Am Chem Soc. 138, 11433-11436 (2016).
  8. Spitler, E. L., Dichtel, W. R. Lewis acid-catalysed formation of two-dimensional phthalocyanine covalent organic frameworks. Nat Chem. 2, 672-677 (2010).
  9. Keskin, S. Adsorption, Diffusion, and Separation of CH4/H-2 Mixtures in Covalent Organic Frameworks: Molecular Simulations and Theoretical Predictions. J Phys Chem C. 116, 1772-1779 (2012).
  10. Tilford, R. W., Mugavero, S. J., Pellechia, P. J., Lavigne, J. J. Tailoring microporosity in covalent organic frameworks. Adv Mater. 20, 2741-2746 (2008).
  11. Hasegawa, S., et al. Three-dimensional porous coordination polymer functionalized with amide groups based on tridentate ligand: Selective sorption and catalysis. J Am Chem Soc. 129, 2607-2614 (2007).
  12. Das, G., et al. Chemical sensing in two dimensional porous covalent organic nanosheets. Chem Sci. 6, 3931-3939 (2015).
  13. Guo, J., et al. Conjugated organic framework with three-dimensionally ordered stable structure and delocalized pi clouds. Nat Commun. 4, 2736 (2013).
  14. Furukawa, H., Yaghi, O. M. Storage of Hydrogen, Methane, and Carbon Dioxide in Highly Porous Covalent Organic Frameworks for Clean Energy Applications. J Am Chem Soc. 131, 8875-8883 (2009).
  15. Xu, F., et al. Electrochemically active, crystalline, mesoporous covalent organic frameworks on carbon nanotubes for synergistic lithium-ion battery energy storage. Sci Rep-Uk. 5, 8225 (2015).
  16. El-Kaderi, H. M., et al. Designed synthesis of 3D covalent organic frameworks. Science. 316, 268-272 (2007).
  17. Ruigomez, A. D., et al. Direct On-Surface Patterning of a Crystalline Laminar Covalent Organic Framework Synthesized at Room Temperature. Chem Eur J. 21, 10666-10670 (2015).
  18. Segura, J. L., Mancheno, M. J., Zamora, F. Covalent organic frameworks based on Schiff-base chemistry: synthesis, properties and potential applications. Chem Soc Rev. 45, 5635-5671 (2016).
  19. Abrishamkar, A., et al. Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment. J Vis Exp. (113), e54193 (2016).
  20. Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Anal Chem. 70, 4974-4984 (1998).
  21. Rubio-Martinez, M., et al. Freezing the Nonclassical Crystal Growth of a Coordination Polymer Using Controlled Dynamic Gradients. Adv Mater. 28, 8150-8155 (2016).
  22. Liu, H., et al. A Catalytic Chiral Gel Microfluidic Reactor Assembled via Dynamic Covalent Chemistry. Chem Sci. 6, 2292-2296 (2015).
  23. Puigmarti-Luis, J., et al. Stepwise Template Growth of Functional Nanowires from an Amino Acid-Supported Framework in a Microfluidic Chip. ACS Nano. 8, (1), 818-826 (2014).
Kovalent Organik Çerçevelerin Mikroakışkan Temelli Sentezi (COF'ler): Bir Yüzey Üzerinde COF Liflerinin Sürekli Üretimi ve Doğrudan Baskı için Bir Aracı
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Abrishamkar, A., Rodríguez-San-Miguel, D., Rodríguez Navarro, J. A., Rodriguez-Trujillo, R., Amabilino, D. B., Mas-Ballesté, R., Zamora, F., deMello, A. J., Puigmarti-Luis, J. Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface. J. Vis. Exp. (125), e56020, doi:10.3791/56020 (2017).More

Abrishamkar, A., Rodríguez-San-Miguel, D., Rodríguez Navarro, J. A., Rodriguez-Trujillo, R., Amabilino, D. B., Mas-Ballesté, R., Zamora, F., deMello, A. J., Puigmarti-Luis, J. Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface. J. Vis. Exp. (125), e56020, doi:10.3791/56020 (2017).

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