İerarxik məsaməli karbon materialları: sintez və giriş

İerarxikməsaməli materiallar, çoxsəviyyəli məsamə strukturlarına malik olan - makroməsamələrə (diametri > 50 nm), mezoporlara (2-50 nm) və mikroməsamələrə (<2 nm) malik - yüksək spesifik səth sahələri, yüksək məsamə həcmi nisbətləri, gücləndirilmiş keçiricilik, aşağı kütlə ötürmə xüsusiyyətləri nümayiş etdirir. , və əhəmiyyətli saxlama imkanları. Bu atributlar onların kataliz, adsorbsiya, ayırma, enerji və həyat elmləri daxil olmaqla müxtəlif sahələrdə geniş şəkildə qəbul edilməsinə səbəb olub, sadə məsaməli materiallar üzərində üstün performans nümayiş etdirir.

Təbiətdən İlham çəkmək

İerarxik məsaməli materialların bir çox dizaynı təbii strukturlardan ilhamlanır. Bu materiallar kütlə ötürülməsini gücləndirə, selektiv keçirməyə imkan verə, əhəmiyyətli hidrofilik-hidrofobik mühitlər yarada və materialların optik xüsusiyyətlərini modulyasiya edə bilər.

İerarxik sintez üçün strategiyalarMəsaməli materiallar

1. Səthi Aktiv Maddə Şablonlama Metod

İerarxik mezopor materialları yaratmaq üçün səthi aktiv maddələrdən necə istifadə edə bilərik? Şablon kimi müxtəlif molekulyar ölçülərə malik iki səthi aktiv maddənin istifadəsi sadə bir strategiyadır. Səthi aktiv maddənin öz-özünə yığılmış molekulyar aqreqatları və ya supramolekulyar birləşmələri məsaməli strukturların qurulması üçün struktur yönləndirici maddələr kimi istifadə edilmişdir. Faza ayrılmasına diqqətlə nəzarət etməklə, ikili səthi aktiv maddənin şablonlaşdırılmasından istifadə edərək iyerarxik məsamə strukturları sintez edilə bilər.

Seyreltilmiş səthi aktiv maddənin sulu məhlullarında su ilə karbohidrogen zəncirinin təmasının azalması sistemin sərbəst enerjisini azaldır. Səthi aktiv maddənin terminal qruplarının hidrofilliyi bir çox səthi aktiv maddə molekullarının əmələ gətirdiyi aqreqatların növünü, ölçüsünü və digər xüsusiyyətlərini müəyyən edir. Səthi aktiv maddənin sulu məhlullarının CMC-si sistemdə istifadə olunan səthi aktiv maddənin kimyəvi quruluşu, temperatur və/yaxud həlledicilərlə bağlıdır.

Bimodal mesoporous silisium gelləri blok kopolimerləri (KLE, SE və ya F127) və daha kiçik səthi aktiv maddələr (IL, CTAB və ya P123) olan məhlullardan istifadə etməklə hazırlanır.

2. Replikasiya üsulu

Sintezləşdirməyə klassik yanaşma nədirməsaməli karbon materialları? Məsaməli karbon üçün ümumi şablon təkrarlama proseduru karbon prekursorunun/qeyri-üzvi şablon kompozitinin hazırlanmasını, karbonlaşmanı və qeyri-üzvi şablonun sonradan çıxarılmasını əhatə edir. Bu üsulu iki kateqoriyaya bölmək olar. Birinci kateqoriya, silisium nanohissəcikləri kimi qeyri-üzvi şablonların karbon prekursoruna daxil edilməsini əhatə edir. Karbonlaşma və şablonun çıxarılmasından sonra meydana gələn məsaməli karbon materialları əvvəlcə şablon növlərinin tutduğu təcrid olunmuş məsamələrə malikdir. İkinci üsul karbon prekursorunu şablon məsamələrinə təqdim edir. Karbonlaşma və şablonun çıxarılmasından sonra yaranan məsaməli karbon materialları bir-biri ilə əlaqəli məsamə strukturlarına malikdir.

3. Sol-Gel metodu

İerarxik məsaməli materialların sintezi üçün sol-gel üsulundan necə istifadə olunur? O, kolloid hissəcik süspansiyonunun (sol) əmələ gəlməsi ilə başlayır, sonra isə yığılmış sol hissəciklərindən ibarət gel əmələ gəlir. Gelin istilik müalicəsi nəticəsində tozlar, liflər, filmlər və monolitlər kimi istənilən material və morfologiya əldə edilir. Prekursorlar adətən alkoksidlər, xelatlaşdırılmış alkoksidlər və ya metal xloridlər, sulfatlar və nitratlar kimi metal duzları kimi metal üzvi birləşmələrdir. Alkoksidlərin ilkin hidrolizi və ya əlaqələndirilmiş su molekullarının deprotonasiyası reaktiv hidroksil qruplarının əmələ gəlməsinə gətirib çıxarır, daha sonra budaqlanmış oliqomerlər, polimerlər, metal oksid skeleti olan nüvələr və reaktiv qalıq hidroksil və alkoksid qrupları yaratmaq üçün kondensasiya proseslərindən keçir.

4. Müalicədən sonrakı üsul

İkinci dərəcəli məsamələri tətbiq etməklə iyerarxik məsaməli materialları hazırlamaq üçün hansı müalicədən sonrakı üsullardan istifadə olunur? Bu üsullar ümumiyyətlə üç kateqoriyaya bölünür. Birinci kateqoriya əlavə peyvəndi əhatə edirməsaməli materiallarorijinal məsaməli materialın üzərinə. İkincisi, əlavə məsamələr əldə etmək üçün orijinal məsaməli materialın kimyəvi aşındırılmasını və ya yuyulmasını əhatə edir. Üçüncüsü, yeni məsamələrin yaradılması üçün kimyəvi və ya fiziki üsullardan (məsələn, çox qatlı çökmə və mürəkkəb püskürtmə çapı kimi) istifadə edərək məsaməli materialların (adətən nanohissəciklər) prekursorlarının yığılmasını və ya təşkilini əhatə edir. Post-müalicənin əhəmiyyətli üstünlükləri aşağıdakılardır: (i) müxtəlif tələblərə cavab vermək üçün müxtəlif funksionallıqların layihələndirilməsi bacarığı; (ii) təşkil edilmiş nümunələri və morfologiyaları tərtib etmək üçün müxtəlif strukturları əldə etmək bacarığı; (iii) istənilən tətbiqləri genişləndirmək üçün müxtəlif növ məsamələri birləşdirmək imkanı.

5. Emulsiya Şablonlama Metodu

Emulsiyada yağ fazasının və ya su fazasının tənzimlənməsi məsamə ölçüləri nanometrdən mikrometrə qədər olan iyerarxik strukturları necə təşkil edə bilər? Prekursorlar damcıların ətrafında bərkiyir, sonra həlledicilər buxarlanma yolu ilə çıxarılır, nəticədə məsaməli materiallar yaranır. Əksər hallarda su həlledicilərdən biridir. Emulsiyalar "neftdə su (W/O) emulsiyaları" kimi tanınan su damcılarının neft fazasında səpilməsi və ya "suda yağ (O/W)" kimi tanınan neft damcılarının suda yayılması ilə əmələ gələ bilər. emulsiyalar."

Hidrofilik səthləri olan məsaməli polimerlərin istehsalı üçün onların hidrofobik məsaməli strukturlarını tənzimləmək üçün W/O emulsiyalarından geniş istifadə olunur. Hidrofilliyi artırmaq üçün emulsiyada funksionallaşdırıla bilməyən monomerlərə (məsələn, stirol kimi) funksionallaşdırıla bilən kopolimerlər (məsələn, vinil benzilxlorid) əlavə edilir. Damcı ölçülərini tənzimləməklə, iyerarxikməsaməli materiallarbir-biri ilə əlaqəli məsamələrlə və davamlı məsamə diametrləri əldə edilə bilər.

6. Zeolit ​​sintez metodu

Seolit ​​sintezi strategiyaları digər sintez strategiyaları ilə birlikdə iyerarxik məsaməli materialları necə yarada bilər? Seolit ​​sintezi zamanı fazaların ayrılmasına nəzarətə əsaslanan həddindən artıq böyümə strategiyaları üç növə bölünə bilən iyerarxik nüvə/qabıq strukturlarına malik iki mikroməsaməli seolitləri əldə etmək üçün istifadə edilə bilər. Birinci növ izomorf nüvələr (məsələn, ZSM-5/silikalit-1) vasitəsilə həddindən artıq böyüməni əhatə edir, burada nüvə kristalları strukturu yönləndirən agentlər kimi çıxış edir. İkinci növ epitaksial böyümədir, məsələn, seolit ​​LTA/FAU tipləri, müxtəlif məkan quruluşu ilə eyni bina vahidlərini əhatə edir. Bu üsulda seolit ​​təbəqələrinin selektiv həddindən artıq böyüməsi səbəbindən örtük yalnız müəyyən spesifik kristal üzlərdə həyata keçirilə bilər. Üçüncü növ, FAU/MAZ, BEA/MFI və MFI/AFI növləri kimi müxtəlif seolitlərdə həddindən artıq böyümədir. Bu seolitlər tamamilə fərqli seolit ​​strukturlarından ibarətdir və buna görə də fərqli kimyəvi və struktur xüsusiyyətlərə malikdir.

7. Kolloid Kristal Şablonlama Metodu

Koloidal kristal şablonlama üsulu, digər üsullarla müqayisədə, daha böyük ölçü diapazonunda sifarişli, dövri məsamə strukturları olan materialları necə istehsal edir? Bu metoddan istifadə etməklə yaranan məsaməlilik sərt şablonlar kimi istifadə olunan vahid kolloid hissəciklərin dövri massivinin birbaşa surətidir və digər şablonlaşdırma üsulları ilə müqayisədə iyerarxik ölçü səviyyələrinin qurulmasını asanlaşdırır. Koloidal kristal şablonlardan istifadə yığılmış kolloid boşluqlardan kənarda əlavə məsaməlik əldə edə bilər.

Koloidal kristal şablonlarının yaradılmasının əsas mərhələləri, o cümlədən kolloid kristal şablonlarının formalaşması, prekursorun infiltrasiya edilməsi və şablonun çıxarılması təsvir edilmişdir. Ümumiyyətlə, həm səth, həm də həcm şablon strukturları yaradıla bilər. Səthi şablonlaşdırma yolu ilə yaradılan üçölçülü sifarişli makroməsaməli (3DOM) strukturlar bir-birinə bağlı "balon" və dayaq kimi şəbəkələrə malikdir.

8. Bio-şablonlaşdırma metodu

Necə iyerarxikməsaməli materiallarTəbii materialları və ya kortəbii montaj proseslərini birbaşa təkrarlayan biomimetik strategiyalar vasitəsilə istehsal olunur? Hər iki üsul bio-ruhlandıran proseslər kimi müəyyən edilə bilər.

İerarxik məsaməli strukturlara malik müxtəlif təbii materiallar aşağı qiymətə və ətraf mühitə uyğunluğuna görə birbaşa bioşablon kimi istifadə edilə bilər. Bu materiallar arasında bakterial saplar, diatom qırıqları, yumurta qabığı membranları, həşərat qanadları, polen dənələri, bitki yarpaqları, ağac sellülozu, zülal aqreqatları, hörümçək ipəyi, diatomlar və digər orqanizmlər haqqında məlumat verilmişdir.

9. Polimer Şablonlama Metodu

Makroməsamələri olan polimer strukturları iyerarxik məsaməli materialların istehsalı üçün şablon kimi necə istifadə edilə bilər? Makroməsaməli polimerlər materialın morfologiyasına rəhbərlik edən kimyəvi reaksiyalar və ya nanohissəciklərin ətraflarında və ya daxilində baş verən infiltrasiya ilə iskele kimi çıxış edə bilər. Polimer çıxarıldıqdan sonra material orijinal şablonun struktur xüsusiyyətlərini saxlayır.

10. Superkritik maye metodu

Yaxşı müəyyən edilmiş məsaməli strukturları olan materiallar uçucu üzvi həlledicilərə ehtiyac olmadan yalnız su və karbon dioksiddən istifadə edərək necə sintez edilə bilər ki, bu da geniş tətbiq perspektivləri təklif edir? Damcı fazasının çıxarılması sadədir, çünki depressurizasiya zamanı karbon qazı qaz halına qayıdır. Nə qaz, nə də maye olmayan superkritik mayelər aşağı sıxlıqdan yüksək sıxlığa qədər tədricən sıxıla bilər. Buna görə də, superkritik mayelər kimyəvi proseslərdə tənzimlənə bilən həlledicilər və reaksiya mühiti kimi çox vacibdir. Superkritik maye texnologiyası iyerarxik məsaməli materialların sintezi və emalı üçün vacib bir üsuldur.

Semicorex yüksək keyfiyyət təklif edirqrafit məhlullarıyarımkeçirici proseslər üçün. Hər hansı bir sualınız varsa və ya əlavə məlumatlara ehtiyacınız varsa, bizimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.

Əlaqə telefonu +86-13567891907

E-poçt: sales@semicorex.com