SE

När vatten tillförs grafitoxid ändras avst?ndet mellan skikten gradvis

Fysiker fr?n Ume? universitet och Humboldt-Universität i Berlin har löst en g?ta som förbryllat i ett halvt sekel. De visar med hjälp av kraftfulla mikroskop att avst?ndet mellan grafitoxidlager gradvis ökar när vattenmolekyler tillförs. Det beror p? att grafioxidens yta inte är helt plan utan varierar i tjocklek med ?kullar? och ?dalar? av nanostorlek. De nya rönen publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nano Letters.
? Nu kan vi bättre först? mekanismerna när vätska infogas mellan lager av grafenoxid. Det ökar v?ra kunskaper om supertunna membran s? att vi i framtiden kan designa nya typer av membran industriellt med genomträngningsegenskaper som kan fin-justeras med hjälp av tillsats av vatten och olika andra lösta gaser, säger Alexandr Talyzin, forskare vid institutionen för fysik.
Grafitoxid är ett unikt och användbart material, med m?nga ovanliga egenskaper. Det kan lätt lösas upp i vatten och bilda ett enda atomlager av grafenoxidflak. De supertunna flaken kan sedan ordnas i flerskiktade membran med en unik förm?ga att infoga olika vätskor mellan lagren.
Redan p? 60-talet testades s?dana membran för avsaltning av havsvatten och filtrering. Nyare studier visar att grafenoxidmembran ocks? kan användas för att separera vätskor och gaser. Tunna grafenoxidfilmer kan separera tv?faldiga gasblandningar med ganska hög verkningsgrad. Vad som är ännu mer intressant, är att separationsegenskaperna kan fin-justeras med hjälp av vatten?nga.
Vattenmolekyler tränger lätt in mellan grafenoxidskikten och det är sedan länge känt att avst?ndet mellan grafenoxidskikten beror p? fukthalten. Med enkel logik betyder det att avst?ndet mellan skikten bör förändras i steg motsvarande storleken p? vattenmolekylen. Det som har förbryllat forskare i ett halvt sekel är att avst?ndet mellan skikten, mätt med diffraktionsmetoder, förändras gradvis proportionellt med fuktförändringen.
? Självklart kan vi inte sätta in kvartsstora molekyler eller halva molekyler. S? varför ser vi kontinuerliga förändringar i avst?ndet mellan grafenoxidskikten? Vi beslöt att studera lager av grafenoxid med moderna mikroskopiska metoder vilket konstigt nog inte gjorts tidigare.
Hittills har g?tan förklarats med ett fenomen kallat mellanlagring – en slumpmässig stapling av lager med olika antal vattenlager – och det som mätts genom diffraktion har varit ett genomsnittligt värde relaterat till olika proportioner mellan antal lager med olika grad av hydrering.
Den nya studien utförd av fysiker fr?n Humboldt-Universität i Berlin tillsammans med Alexandr Talyzins forskargrupp vid Ume? universitet pekar p? en annan förklaring. Med mikroskopi med mycket hög upplösning, Scanning Force Microscopy, kunde forskarna mäta det absoluta avst?ndet mellan tv? grafenoxidskikt och beräkna förändringar som en funktion av fuktighet.
? Avst?ndet mellan tv? grafenoxidskikt förändrades uppenbarligen gradvis, men förklaringen till denna effekt avslöjades vara nanometerstora omr?den som inte var lika fyllda med vatten. Naturligtvis var effekten av mellanlagring exkluderad i v?rt försök eftersom vi endast studerade tv? skikt och ett enda avst?nd.
Resultatet pekar p? att föreställningen om att grafenoxidens yta skulle vara helt plan inte är korrekt. Den utgör i stället ett relativt tjockt lager (tv? g?nger tjockare jämfört med grafen) med variation av tjocklek, det har “berg” och “dalar” av olika storlek. När vattenmolekyler läggs till ökar tjockleken p? detta skikt lokalt, men inte nödvändigtvis genom exakta storleken p? vattenmolekyl om vissa “dalar” fylls först. När alla tillgängliga vattenadsorptionsställen (“dalar”) är fyllda, adderas ytterligare vattenskikt p? en g?ng, detta händer vid mycket hög luftfuktighet eller i flytande vatten.
Om grafitoxid:
Grafen är en tunn film av kol, bara en atom tjock. Det är ett unikt adsorberande material p? grund av sin extremt stora yta. Ett gram grafen har en yta jämförbar med en fotbollsplan. Denna yta skulle vara perfekt för adsorption av gaser och vätskor, i tillämpningar för lagring av gas, extraktion av föroreningar fr?n vatten, och s? vidare, om inte grafen vore en hydrofob, vilket innebär att dess yta stöter bort vatten. Oxidation av grafen resulterar i anmärkningsvärda förändringar av dess egenskaper. Grafenoxid är hydrofil och dras till vatten, och är till och med lättlöslig i vatten. Material som best?r av m?nga grafenoxidskikt kallas grafitoxid. En möjlig tillämpning inom miljöomr?det är rening av förorenad mark och havsvatten. Grafenoxiden fungerar d? som ett filter som avskiljer alla andra best?ndsdelar i vatten förutom vattenmolekylerna.
Originalartikel:
B. Rezania, Nikolai Severin, Alexandr V. Talyzin, and Jürgen P. Rabe: Hydration of Bilayered Graphene Oxide. Nano Letters. DOI:10.1021/nl5013689
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl5013689
För mer information, kontakta gärna:
Alexandr Talyzin, institutionen för fysik vid Ume? universitet
Telefon: 090-786 63 20
E-post: [email protected]
Högupplöst porträtt

Ume? universitet
Ume? universitet är ett av Sveriges största lärosäten med drygt 32 000 studenter och 4300 anställda. Här finns internationellt väletablerad forskning och en stor m?ngfald av utbildningar. V?rt campus utgör en inspirerande miljö som inbjuder till gränsöverskridande möten ? mellan studenter, forskare, lärare och externa parter. Genom samverkan med andra samhällsaktörer bidrar vi till utveckling och stärker kvaliteten i forskning och utbildning.0000Skicka som e-post
Share this

Artykuly o tym samym temacie, podobne tematy


Tagi: #Anders Wall-f   #Fredrik Lindstr   #Stiftelsen Anders Walls   #Stina Honkamaa Bergfors