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.
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.
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).
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 ?…
The authors have nothing to disclose.
نحن نعترف الدعم المالي من قبل معهد Zernike للمواد المتقدمة، جامعة جرونينجن.
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 x 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 |