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Chemistry

Diblock copolymer supramolecules से Gyroid निकल Nanostructures

Published: April 28, 2014
doi:
10.3791/50673
, , , , , ,
1Department of Polymer Chemistry, Zernike Institute for Advanced Materials,University of Groningen, 2Materials Science, Zernike Institute for Advanced Materials,University of Groningen, 3ICTM – Center for Catalysis and Chemical Engineering

Summary

यह लेख आत्म इकट्ठे diblock copolymer आधारित supramolecules से प्राप्त nanoporous टेम्पलेट्स पर electroless धातु बयान के माध्यम से सुव्यवस्थित निकल nanofoams की तैयारी का वर्णन है.

Abstract

Nanoporous धातु foams गुणों की एक अद्वितीय संयोजन के अधिकारी – वे thermally और विद्युत प्रवाहकीय, catalytically सक्रिय हैं, और इसके अलावा, उच्च porosity, उच्च सतह मात्रा को और शक्ति को वजन अनुपात है. दुर्भाग्य से, धातु nanostructures की तैयारी के लिए आम दृष्टिकोण उनके यांत्रिक गुणों पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है जो अत्यधिक अव्यवस्थित वास्तुकला, सामग्री के साथ प्रस्तुत करना. ब्लॉक copolymers का आदेश दिया है nanostructures में स्वयं को इकट्ठा करने की क्षमता है और सुव्यवस्थित धातु nanofoams की तैयारी के लिए टेम्पलेट्स के रूप में लागू किया जा सकता है. यहाँ हम एक ब्लॉक copolymer आधारित supramolecular परिसर के आवेदन का वर्णन – polystyrene ब्लॉक पाली (4-vinylpyridine) (pentadecylphenol) पी एस-B-P4VP (पीडीपी) – सुव्यवस्थित निकल nanofoam के लिए एक अग्रदूत के रूप में. supramolecular परिसरों पारंपरिक copolymers ब्लॉक करने के लिए इसी तरह के एक चरण व्यवहार प्रदर्शन और bicontinuous gyroid आकारिकी बुद्धि में स्वयं को इकट्ठा कर सकते हैंएक P4VP (पीडीपी) मैट्रिक्स में रखा घंटे दो पुनश्च नेटवर्क. पीडीपी धातु के साथ backfilled किया जा सकता है कि एक झरझरा संरचना के गठन के लिए अग्रणी इथेनॉल में भंग किया जा सकता है. Electroless चढ़ाना तकनीक का उपयोग करना, निकल टेम्पलेट के चैनल में डाला जा सकता है. अंत में, शेष बहुलक उलटा gyroid आकारिकी साथ nanoporous निकल फोम में जिसके परिणामस्वरूप बहुलक / अकार्बनिक nanohybrid से pyrolysis के माध्यम से हटाया जा सकता है.

Introduction

धातु nanofoams की तैयारी के लिए उपलब्ध कई तकनीकें हैं: 1-3 dealloying, जेल प 6,7 nanosmelting, 4,5 दृष्टिकोण है, और दहन संश्लेषण 8. Dealloying प्रक्रिया में शुरू सामग्री आमतौर पर उदाहरण के लिए एक द्विआधारी मिश्र धातु, चांदी और सोने की एक मिश्र धातु है. कम महान धातु, इस मामले में चांदी, या तो रासायनिक या electrochemically nanosized स्नायुबंधन साथ एक अव्यवस्थित झरझरा सोने फोम में जिसके परिणामस्वरूप हटाया जा सकता है. दहन संश्लेषण में, धातु अपने अपघटन के दौरान ऊर्जा रिलीज और धातु nanofoam 8 के गठन को चलाने वाली एक ऊर्जावान अग्रदूत के साथ मिश्रित है. धातु foams के यांत्रिक व्यवहार पर अध्ययन अव्यवस्थित आर्किटेक्चर में तनाव समग्र macroscale 9-11 को बंधन से nanoscale प्रभावी ढंग से प्रेषित नहीं किया जा सकता है कि संकेत मिलता है. इस प्रकार सुव्यवस्थित धातु nanofoams की तुलना में बेहतर यांत्रिक गुणों है की संभावना हैअव्यवस्थित वाले.

यहाँ प्रतिनिधित्व विचार धातु nanofoams के लिए व्यापारियों के रूप में आदेश दिया है nanostructures में स्वयं को इकट्ठा ब्लॉक copolymers कि रोजगार के लिए है. गोलाकार, बेलनाकार, परतदार, डबल gyroid, hexagonally छिद्रित तहदार, और दूसरों को 12-14: एक ब्लॉक copolymer, monomer इकाइयों की कुल संख्या और रासायनिक जुड़े ब्लॉकों के बीच प्रतिकर्षण की हद तक की संरचना पर निर्भर करता है, विभिन्न morphologies जैसे दिखाई देते हैं . इसके अलावा, बहुलक ब्लॉक nanoporous सामग्री के लिए 15 प्रमुख चुनिंदा अपमानित किया जा सकता है. सबसे आम तरीकों में शामिल हैं: ozonolysis 16-18, यूवी विकिरण 19, प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी 20-22, और विघटन 23-26. उत्पन्न झरझरा संरचना विभिन्न अकार्बनिक सामग्री के साथ backfilled किया जा सकता है. धातु आक्साइड (जैसे Sio 2, TiO 2) आमतौर पर टेम्पलेट के चैनलों 27-29 में जेल प विधि के माध्यम से पेश कर रहे हैं. एलectrochemical और electroless चढ़ाना आमतौर पर 30-33 में या टेम्पलेट्स पर धातु जमा करने के लिए उपयोग किया जाता है. अंत में, शेष बहुलक आदि pyrolysis 2, विघटन 34,35, यूवी गिरावट 28,29, के माध्यम से बहुलक / अकार्बनिक nanohybrid से हटाया जा सकता है

हमारे दृष्टिकोण में, हम polystyrene ब्लॉक पाली (4-vinylpyridine) की एक supramolecular जटिल (पी एस-B-P4VP) diblock copolymer और amphiphilic pentadecylphenol (पीडीपी) के अणुओं से शुरू करते हैं. इस परिसर में पीडीपी और pyridine छल्ले (चित्रा 1 ए) के बीच हाइड्रोजन संबंध का परिणाम है. प्रारंभिक ब्लॉक copolymer की संरचना और कहा कि पीडीपी की राशि को इस तरह से चुना जाता है कि एक पुनश्च नेटवर्क और एक P4VP (पीडीपी) मैट्रिक्स के साथ bicontinuous डबल gyroid आकारिकी में प्राप्त प्रणाली स्वयं assembles (चित्रा 1 बी). पीडीपी अणुओं चुनिंदा पुनश्च नेटवर्क (पर इथेनॉल और P4VP चेन पतन में भंग हो गयाचित्रा -1 सी). बाद में, electroless चढ़ाना विधि का उपयोग कर, निकल टेम्पलेट (चित्रा -1) का pores में जमा है. Pyrolysis के माध्यम से शेष बहुलक को हटाने के बाद, एक सुव्यवस्थित gyroid निकल nanofoam (चित्रा 1E) से प्राप्त की है.

Protocol

डबल Gyroid आकृति विज्ञान के साथ 1. तैयारी और पी एस-B-P4VP की विशेषता (पीडीपी) के परिसर वजन polystyrene ब्लॉक पाली (4-vinylpyridine) (पी एस-B-P4VP) और pentadecylphenol (पीडीपी, एम आर = 304.51 छ / mol). होना चाहिए gyroid आकारिकी प्राप्त करने के लिए…

Representative Results

. supramolecular परिसरों की आकारिकी पी एस-B-P4VP (पीडीपी) एक्स मंदिर और SAXS आंकड़े 2A द्वारा जांच की है और एक प्रतिनिधि supramolecular परिसर के ठेठ gyroid पैटर्न प्रदर्शित 2b: डबल लहर और प्रतिनिधित्व करने के लिए जाना जा?…

Discussion

Supramolecular परिसरों सफलतापूर्वक सुव्यवस्थित धातु nanofoams के लिए व्यापारियों के रूप में लागू कर रहे हैं. इस विधि में, महत्वपूर्ण कदम gyroid आकृति विज्ञान के साथ एक टेम्पलेट यानी, उपयुक्त टेम्पलेट प्राप्त करने के …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

हम उन्नत सामग्री के लिए Zernike संस्थान, ग्रोनिंगन विश्वविद्यालय द्वारा वित्तीय सहायता को स्वीकार करते हैं.

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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References

  1. Erlebacher, J., Aziz, M. J., Karma, A., Dimitrov, N., Sieradzki, K. Evolution of nanoporosity in dealloying. Nature. 410, 450-453 (2001).
  2. Nyce, G. W., Hayes, J. R., Hamza, A. V., Satcher, J. H. Synthesis and Characterization of Hierarchical Porous Gold Materials. Chem. Mater. 19, 344-346 (2007).
  3. Detsi, E., van de Schootbrugge, M., Punzhin, S., Onck, P. R., De Hosson, J. T. M. On tuning the morphology of nanoporous gold. Scripta Mater. 64, 319-322 (2011).
  4. Gacoin, T., Lahlil, K., Larregaray, P., Boilot, J. P. Transformation of CdS Colloids: Sols, Gels, and Precipitates. J. Phys. Chem. B. 105, 10228-10235 (2001).
  5. Tappan, B. C., Steiner, S. A., Luther, E. P. Nanoporous Metal Foams. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 4544-4565 (2010).
  6. Leventis, N., Chandrasekaran, N., Sadekar, A. G., Sotiriou-Leventis, C., Lu, H. One-Pot Synthesis of Interpenetrating Inorganic/Organic. Networks of CuO/Resorcinol-Formaldehyde Aerogels: Nanostructured Energetic Materials. J. Am. Chem. Soc. 131, 4576-4577 (2009).
  7. Leventis, N., Chandrasekaran, N., Sotiriou-Leventis, C., Mumtaz, A. Smelting in the age of nano: iron aerogels. J. Mater. Chem. 19, 63-65 (2009).
  8. Tappan, B. C., et al. Ultralow-Density Nanostructured Metal Foams: Combustion Synthesis, Morphology, and Composition. J. Am. Chem. Soc. 128, 6589-6594 (2006).
  9. Ashby, M. F., et al. Metal Foams: a Design Guide. Butterworth-Heinemann. , (2000).
  10. Tekoglu, C. Size Effects in Cellular Solids. , (2007).
  11. Amsterdam, E. Structural Performance and Failure Analysis of Aluminium Foams. , (2008).
  12. Bates, F. S., Fredrickson, G. H. Block Copolymer Thermodynamics: Theory and Experiment. Annu. Rev. Phys. Chem. 41, 525-527 (1990).
  13. Hamley, I. W. . The Physics of Block Copolymers. , (1998).
  14. Abetz, V., Simon, P. . Advances in Polymer Science. , (2005).
  15. Hillmyer, M. A. Nanoporous Materials from Block Copolymer Precursors. Adv. Polym. Sci. 190, 137-181 (2005).
  16. Mansky, P., Harrison, C. K., Chaikin, P. M., Register, R. A., Yao, N. Nanolithographic templates from diblock copolymer thin films. Appl. Phys. Lett. 68, 2586-2588 (1996).
  17. Hashimoto, T., Tsutsumi, K., Funaki, Y. Nanoprocessing Based on Bicontinuous Microdomains of Block Copolymers: Nanochannels Coated with Metals. Langmuir. 13, 6869-6872 (1997).
  18. Chen, S. -. Y., Huang, Y., Tsiang, R. C. -. C. Ozonolysis efficiency of PS-b-PI block copolymers for forming nanoporous polystyrene. J. Polym. Sci. A Polym. Chem. 46, 1964-1973 (2008).
  19. Thurn-Albrecht, T., et al. Nanoscopic Templates from Oriented Block Copolymer Films. Adv. Mater. 12, 787-791 (2000).
  20. Park, M., Harrison, C., Chaikin, P. M., Register, R. A., Adamson, D. H. Block Copolymer Lithography: Periodic Arrays of ~1011 Holes in 1 Square Centimeter. Science. 276, 1401-1404 (1997).
  21. Cheng, J. Y., Ross, C. A., Thomas, E. L., Smith, H. I., Vancso, G. J. Fabrication of nanostructures with long-range order using block copolymer lithography. Appl. Phys. Lett. 81, 3657-3659 (2002).
  22. Voet, V. S. D., et al. Interface Segregating Fluoralkyl-Modified Polymers for High-Fidelity Block Copolymer Nanoimprint Lithography. J. Am. Chem. Soc. 133, 2812-2815 (2011).
  23. Zalusky, A. S., Olayo-Valles, R., Wolf, J. H., Hillmyer, M. A. Ordered Nanoporous Polymers from Polystyrene-Polylactide Block Copolymers. J. Am. Chem. Soc. 124, 12761-12773 (2002).
  24. Crossland, E. J. W., et al. A Bicontinuous Double Gyroid Hybrid Solar Cell. Nano Lett. 9, 2807-2812 (2008).
  25. Uehara, H., et al. Size-Selective Diffusion in Nanoporous but Flexible Membranes for Glucose Sensors. ACS Nano. 3, 924-932 (2009).
  26. Voet, V. S. D., et al. Poly(vinylidene fluoride)/nickel nanocomposites from semicrystalline block copolymer precursors. Nanoscale. 5, 184-192 (2013).
  27. Brinker, C. J., Scherer, J. W. . Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. , (1990).
  28. Hsueh, H. -. Y., et al. Inorganic Gyroid with Exceptionally Low Refractive Index from Block Copolymer Templating. Nano Lett. 10, 4994-5000 (2010).
  29. Hsueh, H. -. Y., Ho, R. -. M. Bicontinuous Ceramics with High Surface Area from Block Copolymer Templates. Langmuir. 28, 8518-8529 (2012).
  30. Riedel, W. . Electroless Nickel Plating. , (1991).
  31. Mallory, G. O., Hajdu, J. B. Electroless Plating: Fundamentals and Applications. American Electroplaters and Surface Finishers Society. , (1992).
  32. Djokić, S. S. . Modern Aspects of Electrochemistry. , (2002).
  33. Djokić, S. S., Cavallotti, P. L. . Modern Aspects of Electrochemistry. , (2010).
  34. Crossland, E. J. W., Ludwigs, S., Hillmyer, M. A., Steiner, U. Control of gyroid forming block copolymer templates: effects of an electric field and surface topography. Soft Matter. 6, 670-676 (2010).
  35. Hsueh, H. Y., et al. Nanoporous Gyroid Nickel from Block Copolymer Templates via Electroless Plating. Adv. Mater. 23, 3041-3046 (2011).
  36. Vukovic, I., et al. Supramolecular Route to Well-Ordered Metal Nanofoams. ACS Nano. 5, 6339-6348 (2011).
  37. Mao, H., Hillmyer, M. A. Macroscopic samples of polystyrene with ordered three-dimensional nanochannels. Soft Matter. 2, 57-59 (2006).
  38. Kobayashi, Y., Tadaki, Y., Nagao, D., Konno, M. Deposition of Gold Nanoparticles on Polystyrene Spheres by Electroless Metal Plating Technique. J. Phys. Conf. Ser. 61, 582-586 (2007).
  39. Finnefrock, A. C., Ulrich, R., Toombes, G. E., Gruner, S. M., Wiesner, U. The plumber’s nightmare: a new morphology in block copolymer-ceramic nanocomposites and mesoporous aluminosilicates. J. Am. Chem. Soc. 125, 13084-13093 (2003).
  40. Tyler, C. A., Morse, D. C. Orthorhombic Fddd network in triblock and diblock copolymer melts. Phys. Rev. Lett. 94, 208-302 (2005).
  41. Ranjan, A., Morse, D. C. Landau theory of the orthorhombic Fddd phase. Phys. Rev. E. 74, 011803 (2006).
  42. Kim, M. I., et al. Stability of the Fddd Phase in Diblock Copolymer Melts. Macromolecules. 41, 7667-7670 (2008).

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Vukovic, I., Punzhin, S., Voet, V. S. D., Vukovic, Z., de Hosson, J. T. M., ten Brinke, G., Loos, K. Gyroid Nickel Nanostructures from Diblock Copolymer Supramolecules. J. Vis. Exp. (86), e50673, doi:10.3791/50673 (2014).
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