디 블록 공중 합체의 초분자에서 Gyroid 니켈 나노 구조
Summary
이 문서에서는 자기 조립 블록 공중 합체 기반 초분자에서 얻은 나노 다공성 템플릿 상에 무전 해 금속 증착을 통해 잘 정돈 니켈 nanofoams의 준비에 대해 설명합니다.
Abstract
나노 다공성 금속 폼 속성의 고유 한 조합을 가지고 – 그들은 열 및 전기 전도성, 촉매 활성, 그리고 또한, 다공성, 높은 표면 볼륨 및 비강도있다. 불행하게도, 금속 나노 구조의 준비를위한 일반적인 방법은 기계적 특성에 악영향을 미칠 수있는 매우 무질서 구조와 재질을 렌더링합니다. 블록 공중 합체 주문한 나노 구조로자가 조립하는 능력이 잘 정렬 된 금속 nanofoams 제조하기위한 템플릿으로 적용될 수있다. 여기에서 우리는 블록 공중 합체 기반의 초분자 복합체의 응용 프로그램을 설명 – 폴리스티렌 – 블록 – 폴리 (4 – 비닐 피리딘) (pentadecylphenol) PS-B-P4VP (PDP) – 잘 정돈 니켈 nanofoam의 전구체로. 초분자 복합체는 기존의 블록 공중 합체와 유사한 상 거동을 나타내고 bicontinuous gyroid 형태의 지혜로 자기 조립 수 있습니다P4VP (PDP) 매트릭스에 배치 H 두 개의 PS 네트워크. PDP는 금속 채워서 수 다공성 구조의 형성으로 이어지는 에탄올에 용해 될 수있다. 무전 해 도금 기술을 사용하여, 니켈 템플릿의 채널로 삽입 할 수있다. 마지막으로, 나머지 중합체는 역 gyroid 형태와 나노 다공성 니켈 폼에서 얻어진 중합체 / 무기 나노 하이브리드에서 열분해를 통해 제거 될 수있다.
Introduction
금속 nanofoams의 준비를 위해 사용할 수있는 몇 가지 방법이 있습니다 : 1-3 탈 합금, 졸 – 겔은 6,7 nanosmelting, 4,5 접근 및 연소 합성 8. 탈 합금 과정에서, 출발 물질은 일반적으로 예를 들어 이진 합금,은과 금의 합금이다. 적은 귀금속,이 경우 실버, 화학적으로 또는 전기 화학적으로 나노 크기의 인대와 무질서 다공성 골드 폼의 결과를 제거 할 수 있습니다. 연소 합성에서, 금속은 그 분해 중에 에너지를 해제하고, 메탈 nanofoam (8)의 형성을 구동 정력 전구체와 혼합된다. 발포 금속의 기계적 행동에 대한 연구는 무질서 아키텍처에서 응력이 전체 대용량 9-11에 인대 나노에서 효율적으로 전송 될 수 있음을 나타냅니다. 따라서 잘 정렬 된 금속 nanofoams가에 비해 우수한 기계적 특성을 가질 것으로 예상된다무질서 것.
여기에 표현 된 아이디어는 금속 nanofoams에 선구자로 주문 나노 구조로 자기 조립 블록 공중 합체를 사용하는 것이다. 구형, 원통형, 층상 이중 gyroid, 육방 천공 라멜라, 외 12-14 : 블록 공중 합체, 단량체 단위의 총 수와 화학적으로 연결된 블록 간의 반발력 정도의 조성에 따라 다양한 모폴로지 같은 나타나는 . 또한, 중합체 블록은 나노 다공성 물질 (15)로 이어지는 선택적으로 분해 될 수있다. 가장 일반적인 방법은 다음을 포함한다 : 오존 분해 16-18, UV 조사 19, 반응성 이온 식각 20-22, 용해 23-26. 생성 된 다공성 구조는 다양한 무기 재료 채워서 할 수 있습니다. 금속 산화물 (예 : 그런가 2, 티오 2) 일반적으로 템플릿의 채널 27 ~ 29에 졸 – 겔 (sol-gel) 법을 통해 도입된다. 엘ectrochemical과 무전 해 도금은 일반적으로 30 ~ 33에 또는 템플릿에 금속을 증착하는 데 사용됩니다. 마지막으로, 나머지 중합체는 열분해 등이 용해 34,35, UV 열화 28,29 통해 고분자 / 무기 나노 하이브리드로부터 제거 될 수있다
우리의 접근 방식에서 우리는 폴리스티렌 – 블록 – 폴리 (4 – 비닐 피리딘)의 초분자 복합체 (PS-B-P4VP) 블록 공중 합체 및 양친 pentadecylphenol (PDP) 분자에서 시작합니다. 이 복합체는 PDP 및 피리딘 고리 (도 1A) 사이의 수소 결합의 결과이다. 시작 블록 공중 합체의 조성 및 첨가 PDP의 양은 그러한 방식으로 선택되는 PS 네트워크와 P4VP (PDP) 행렬 bicontinuous 이중 gyroid 형태에서 얻어진 시스템 자체 조립한다 (도 1B). PDP 분자를 선택적으로 PS 네트워크 (에 에탄올과 P4VP 체인 붕괴에 용해 될그림 1C). 이어서, 무전 해 도금법을 사용하여, 니켈은 템플릿 (도 1D)의 기공에 증착된다. 열분해를 통해 나머지 중합체의 제거 후, 잘 정돈 gyroid 니켈 nanofoam는 (도 1E)를 얻을 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
초분자 복합체가 성공적으로 잘 정렬 된 금속 nanofoams 전구체로 적용됩니다. 이 방법에서 중요한 단계는 gyroid 형태와 템플릿 즉, 적절한 템플릿을 취득하는 것이다. 블록 공중 합체의 상태도에서 gyroid 영역은 매우 작은이며 타겟팅 다소 어렵다. 이것은 종래의 블록 공중 합체를 출발 원료로서 사용하는 경우, 매우 정교한 합성 gyroid 형태학을 초래 원하는 조성, 도달 할 때까지 반복되어야한?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 고급 소재의 니케 연구소, 흐로 닝언 대학의 재정 지원을 인정합니다.
Materials
| 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 |
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