עבודה זו נתמכה על ידי משרד החינוך, התרבות, ספורט, מדע וטכנולוגיה והמשרד לאיכות הסביבה, ממשלת יפן.

1. ייצור של עגלה-בצורת גלגל, Ia מעוקב 3 ד mesoporous מונוליטי פיגומים הערה: בקרת גיאומטריה מעוקב (סימטריה ד Ia 3 מעדיף gyroidal) ומשטחי חלקיק מיקרומטרי פיגומי בנייה מונוליטית mesoporous באמצעות קופולימר triblock pluronic P123 [P123; פולי (אתילן oxide- לחסום -propylene oxide- לחסום -ethylene תחמוצת) (איו 20 PEO 70 איו 20)] כתבנית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתנאים טיפוסיים, להוסיף P123, pentadecane, וorthosilicate tetramethyl (TMOS) ביחס המוני של 1.6: 2: 1.2 לHCl / H 2 O (pH ~ 1.0) בבקבוק עגול תחתון-200-מיליליטר; אז ללחוץ תערובת על 45 מעלות צלזיוס עד להרכיב סול-ג&#39;ל הומוגנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר בקבוק למאייד סיבובי, ולהתאדות תערובת על 45 מעלות צלזיוס ולחץ מתחיל של 1,023 hPa. בתנאים אלה, הידרוליזה ועיבוי של TMOS אקסותרמית להתרחש במהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך evaporatiעל של התערובת במשך 10-20 דקות כדי לקבל את צורת עגלת גלגלים מונולית כמו ג&#39;ל-האופטית סביב הקיר של הבקבוק להתחבר 37-39. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את הבקבוק המכיל מונולית כתוצרת ב 45 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות כדי להשלים את תהליך ייבוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנק את מונולית-בצורת גלגל עגלה מיובשת ב450 ° C במשך 8 שעות בתנאים אטמוספריים רגילים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטחון מונולית calcined מוצקה לחלוטין באמצעות מכתש ועלי, וחומר קרקע החנות לשימוש מאוחר יותר כפלטפורמה מוביל בייצור של MSAS. </li></ol> 2. אפיון של חומרים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיקרוסקופ אלקטרונים שידור ברזולוציה גבוהה (HRTEM) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפזר 1 מ&quot;ג של מדגם ב 5 מיליליטר פתרון אתנול באמצעות שואב קולי, ולאחר מכן שחרר את שתי טיפות של מדגם על רשת נחושת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבק-לייבש את הרשת במשך 20 דקות לפני הוספת דגימות בעמודת HRTEM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע HRTEM באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים הולכה המחובר למצלמת CCD. micrographs השיא HRTEM במתח ההאצה של 200 קילו וולט להשגת פתרון סריג של 0.1 ננומטר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 2 איזותרמות ספיחה-desorption N <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום לטפל דגימות ב 100 עגלה בצורת גלגל ° C במשך 8 שעות תחת ואקום לאזן לחץ 10 -3 Torr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד 2 איזותרמות ספיחה-desorption N ב 77 K באמצעות נתח גודל שטח ונקבובי לפי הוראות היצרן </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע הפצת גודל נקבובית מאיזותרמות ספיחה באמצעות תאוריה פונקציונלית צפיפות nonlocal. לחשב אזור מסוים משטח (BET S) על ידי שימוש בנתוני ספיחה מרובות ממגזרים ליניארי של N 2 איזותרמות ספיחה באמצעות Brunauer-אמט-טלר תאוריה (BET). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עקיפת זווית קטנה רנטגן האבקה (XRD) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד את דפוסי XRD באמצעות diffractometer 18 כ&quot;ס וmonochromated קרינת CuKα, כמו לכל היצרן ו# 39; s הוראות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיא diffractions באמצעות שני monochromator גרפיט וגלאי מראה גבל עם 2θ זוויות בין 0.1 מעלות ו -6.5 מעלות, המתאים לD- מרווחים בין 88.2 ו1.35 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטחון מדגם ולהפיץ את האבקה על בעל המדגם. לאשר רזולוציה של פסגות עקיפה עם שחזור סטנדרטי ב2θ (± 0.005 מעלות). מדידה חוזרת מדגם שלוש פעמים עם סיבוב בזוויות שונות (15 מעלות, 30 מעלות, 45 מעלות ו). </li></ol></li></ol> 3. ייצור של Pd (II) -MSA-1, Au (III) -MSA-2, וCo (II) -MSA-3 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סינתזה של Pd (II) -MSA-1 וCo (II) -MSA-3 הערה: השתמש בשיטת ligands בסיוע לחץ לכוון את השינוי של 3 פסלי ד עגלה בצורת גלגל, Ia מעוקב ידי dicarboxylate 1,5-diphenylthiocarbazone (L1) ו- 2-nitroso-1-naphthol (L3) (0.1 מ &#39;EtOH פתרונות) לפברק Pd (II) -MSA-1 וCo (II) -MSA-3, בהתאמה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף etdicarboxylate hanolic 1,5-diphenylthiocarbazone (L1) או פתרונות 2-nitroso-1-naphthol (L3) לפסלי עגלת גלגל מוצקים לבקבוק עגול ולערבב תחת רועד דקות 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר בקבוק המכיל EtOH-L1 / תערובת מונולית מוצקה הטרוגנית למאייד סיבובי, ולהתאדות תערובת על 45 מעלות צלזיוס ולחץ מתחיל של 1,023 hPa. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר בקבוק אחר המכיל תערובת EtOH-L3 / מונולית המוצקה הטרוגנית למאייד סיבובי, ולהתאדות תערובת על 50 מעלות צלזיוס ולחץ של התחלה 1,023 hPa. הסר פתרון EtOH מEtOH ליגנד הטרוגנית / תערובת מונולית מוצקה תחת ואקום בטמפרטורת הסביבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להבהיר את מנגנון ההיווצרות של (אינטראקציות כלומר, ואן דר ואלס וH-מליטה) (MSA-1 וMSA-3) של אינטראקציות קצרה-טווח physisorbed יגנד המוצק בין הקבוצות הידרוקסיל שפע של אתרי שטח הפעילים של עגלת הגלגלים פיגומי -shaped וheteroatom ligands 40,41. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את אמוunts של L1 המשותק וL3 כדלקמן: דואר q = (C 0 - C ה) V / m, שבו דואר q הוא סכום adsorbed, V הוא פתרון נפח (L), מ &#39;היא מסה של הנושאים (ז), ו- C 0 ודואר C הם ריכוזי בדיקה ראשוניים וsupernatant, בהתאמה. הסכום של L1 המשותק וL3 יכול להיות צפוי להיות סביב 0.09 mmol / g. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סינתזה של Au (III) -MSA-2 הערה: החל פרוטוקול אבני הבניין לסנתז Au (III) -MSA-2: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשתק 40 מיליליטר של 0.1 מ &#39;פתרון אתנול במתיל dilauryldimethylammonium (DDAB) ל0.5 גרם של פיגומי HOM-עגלה בצורת גלגל באמצעות מאייד סיבובי לייצר פסלי HOM-DDAB בצורת עגלת גלגלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 20 מ&quot;ג של 5-הידרוקסי-hydrophilic6 יגנד (4 sulfonatophenylazo-) מלח disodium החומצה -2-naphthalenesulfonic (L2) ב -80 מיליליטר מים DI. הוסף 0.5 גרם של פסלי HOM-DDAB מוצקים.n להסיר את H 2 O פתרון באמצעות סינון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף HOM-DDAB-L2 עם מים ללא יונים עד שלא L2 הוא eluted; אז מדגם יבש בC ° 65-70 ל4 שעות. הערה: 0.07 יגנד mmol של L2 לגרם של פיגום HOM שולב HOM-DDAB 42. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להבהיר את מנגנון ההיווצרות של (MSA-2) מבוסס על האינטראקציה L2-DDAB מוצקה. </li></ol></li></ol> 4. מחקרים אצווה לאיתור Pd (II), Au (III), וCo (II) יונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול 20 מ&quot;ג של MSA-1, MSA-2, וMSA-3 בתערובת של Pd (II), Au (III), וCo (II) יוני עגלה בצורת גלגל (יון ריכוז: 2 מ&quot;ג / ליטר) ; להתאים את עוצמת קול עד 20 מיליליטר ו- pH לערך ה- pH המתאים של 2, 7, ו -5.2 בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכאני לנער תערובות באמבט מים בטמפרטורה מבוקרת על 25 ° C במשך 45 דקות במהירות תסיסה מתמדת של 300 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן MSAS דרך נייר סינון 25 מ&quot;מ; לאחר איזון, להשתמש הערכת צבע חזותית וmeasurem ספקטרום ההחזרהמציג לקבוע ריכוזי יון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע Pd (II), Au (III), וCo (II) לכוון ריכוזי יון ידי השוואת עוצמות החזרה של MSA-1, MSA-2, וMSA-3 על מקסימום λ 384, 486, 537 וננומטר, בהתאמה, ב התוספת של ריכוז לא ידוע של דגימות יעד עם אלה של ריכוז הסטנדרטי של דגימות יעד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניסויים אחרים באמצעות היעד Pd (II), Au (III), וCo (II) ריכוזי יון בערך ה- pH האופטימלי של 2, 7, ו -5.2 בהתאמה, באמצעות ספקטרוסקופיה UV מול. החלק למיליון (ppm, מ&quot;ג / ליטר), חלק למיליארד (ppb, מיקרוגרם / ליטר), וטוחן (mol / L) יחידות המשמש להגדרת ריכוז יון היעד בפתרון. </li></ol> 5. שיטה להסרת Pd (II), Au (III), וCo (II) יונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול 40 מ&quot;ג של כל MSA בצורת עגלת גלגלים בתערובת של Pd הספציפי (II), Au (III), וCo (II) ריכוזי יון; להתאים את ה- pH של תערובת לערכים הספציפיים של 2, 7, ו -5.2 בהתאמה, בהיקף של 20 מ &#39;l, ותערובת ומערבבים לשעה 2 ב RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן MSAS המוצק ולנתח תסנין ידי ספקטרוסקופית מסת פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-MS) 28-30. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את האיזותרמה אנגמיור מבוססת על המשוואה 43 הבא: <img alt="משוואת 1" src="/files/ftp_upload/53044/53044eq1.jpg" /> שם דואר C הוא ריכוז יון היעד, דואר q הוא הסכום של יון היעד בפתרון equilibrated, מ &#39;ש (מ&quot;ג · g -1) הוא הסכום של Pd (II), Au (III), או Co (II) יונים הוסר ל יוצר כיסוי monolayer, וK L הוא קבוע שיווי משקל ספיחת אנגמיור. לדוגמא, הנתונים מ &#39;ש לציין את ההסרה המעשית של היונים של מתכות מהמדיום המימי עם יעילות גבוהה ספיחה (97% -98%). יתר על כן, ערכי L K עולים בקנה אחד עם שיעורי הספיחה / desorption, המצביעים על מבחני ספיחת מתכת הפיכים לחלוטין. </li></ol&gt; 6. גיבוש של קבועי עקידת המתכת ליגנד בMSAS בצורת עגלת גלגלים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע קבועי יציבות (יומן K ים) של [Pd- (L1) 2], [au- (L2)], ו[ לדו (L3) 2] מתחמים ב- pH 2, 7, ו -5.2, שניתן לצפות ל להיות סביב 5.8, 4.9, 7.9 ו, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב קבוע יציבות על פי המשוואה הבאה 28-32: יומן של K = ([ML] S / [יב] S) × [ז] שבו [ז] הוא הריכוז של PD חופשי (II), Au (III), או Co (II) יונים בפתרון; [יב] מייצג את הריכוז של L חופשי (כלומר, L לא חייב Pd (II), Au (III), או Co (II) יונים); וS תחתי מתייחס לריכוז הכולל של Pd (II), Au (III), או Co (II) יונים בשלב המוצק של MSA בצורת עגלת גלגלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע גבולות זיהוי (לוד) של MSAS לPd (II), Au (III), וCo (II) יונים כדלקמן: לוד = 3σ / Ψ שם σ וΨ הם סטיית התקן והשיפוע של גרף הכיול 40-42. </li></ol> 7. יון שאיבה סלקטיבי מערכת הניסיונית הערה: ודא ספציפית וחזקה מתכת ליגנד מחייב כדלקמן: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את ה- pH של תמיסה שחולצה 2, 7, ו -5.2 עבור Pd (II), Au (III), ושיתוף יונים (II). לשנות ריכוזים של יונים של מתכות מפריעים ל≤5 פעמים יותר מאשר הריכוזים של Pd (II), Au (III), וCo (II) יוני יעד. הוסף 2 מיליליטר סוכן יוצרים המורכב (למשל, 0.3-.5 M ציטרט / tartrate) של לפתרון שחולץ לפני התוספת של יוני היעד לרסן באופן פעיל מגיב Cu (II) יונים. </li></ol> 8. נדל הפקת מתכות ממכרה עירונית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים את לוח ה- PCI בחומצות חזקות כדי לקבל את היונים של מתכות בפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף MSAS לתמיסה המכילה Pd (II), Au (III), וCo (II) יונים לחלץ יונים אלה למוצקיםMSAS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן MSAS המוצק ולנתח תסנין ידי ICP-MS. </li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

ביקוש עולמי גדל לאמצעי המדויק ומהירות כדי לזהות, באופן סלקטיבי להכיר, ולשחזר Pd (II), Au (III), וCo (II) יונים מגרוטאות אלקטרוניות ופתרונות LIB. כדי לטפל בבעיה זו, MSAS בצורת עגלת גלגלים, אופטי לגילוי / ההסרה / חילוץ והתאוששות של יונים של מתכות אלה כימיים פותחה. בעיצוב MSAS, שני גורמים מרכזיים נחשבו כדלקמן: (1) קולטנים ו( 2) חוסר תנועה / transducing פיגומים. הקולטנים הם ligands האורגני אחראי לסלקטיביות של MSAS; פיגומים אחראים ליציבות, שימוש חוזר, והרגישות של MSAS. בגלל הערוצים שלהם אחידים מאוד, אזורי פנים גדולים, הפצת גודל נקבובית, ומבנה שליטה עגלת גלגלים, אשר מזוהה בדרך כלל עם [111] ההשלכה של מורפולוגיה משטח bicontinuous מעוקב (איורים 1 ו -2), עגלה מבוססת MSA הגלגל Ia 3 דפיגומי חומר mesostructure סיפקו שליטה על דרישות הפוטנציאל של שיטת זיהוי / ההסרה / חילוץ והתאוששות זה כדלקמן: (1) יציבות של HOM יגנד-הטבעה (כלומר, אין שטיפה מתוך ligands על כביסה), (2) מצב חישה מוצק מבחני, ו- (3) תנאי טיפול כימי בהתחדשות / מחזורי שימוש חוזר (כלומר, אחרי שמונה מחזורים); כיסוי גבוה יגנד-פני השטח ופיזור; חוסן מכאני; וprocessability התאוששות יעיל משלי עירוני. לפברק עיצוב MSAS היציב וחזק, monofunctionalization של פני השטח גלגל עגלה הפנימיים הנקבובית או הכללה רצופה של ligands שונה (כלומר, L1, L2, L3 ו; איורים 3-5) לפיגומי HOM יכול להיות מושגת על ידי סייע לחץ- שיתוף עיבוי; הכלאיים מסדר הגבוה MSA-1 וMSA-3 התקבלו באמצעות L1 וL3, בהתאמה. עיצוב מבוקר של MSA-2 היה מבוסס על o דפוסי משטח מכוילו ארכיטקטורות פיגומי גלגל עגלת mesoscopic. הדבר זה הושג באמצעות סוכן מסיסות פעיל (DDAB) שהוביל לקישוט הצפוף של מרכזי איתות L2 בתוך החללים נקבוביות גלגל העגלה. עם עיצובי MSA אלה, יונים של מתכות יכולים לקיים אינטראקציה עם moieties האורגני על ידי מליטה noncovalent (למשל, קשרי מימן), תיאום מתכת, כוחות הידרופובי, כוחות אן דר ואלס, אינטראקציות π π-, וו / או תופעות אלקטרומגנטיות אלקטרוסטטי (איורים 3-5 ). במבחני חישה, יכול להיות מופעל על ידי MSAS nanoengineered יעד Pd (II), Au (III), או Co (II) מיני יון וtransduce אותות אופטיים למדידה תחת pH סינרגיסטי, טמפרטורת תגובה, וזמן מגע תנאים (זמן תגובה), מה שמאפשר את הכריכה של המתכות לתוך כיס יגנד הידרופובי או הידרופילי לחיקוי. MSAS פיתח הוסר לא רק Pd (II), Au (III), וCo (II) יונים ממטריצות סביבתיות מורכבות אך גם סיפקו אמצעי לפשוט חזותיהערכת colorimetric של ריכוז יון מתכת; מול UV ספקטרוסקופיה ההחזרה רגישות לכמת ריכוז יון מתכת על פני טווח רחב של ריכוז (איורים 3-6). לפיכך, MSAS לספק פתרון מבוסס colorimetric פשוט ורגיש כדי לזהות שינויים על פני טווח רחב של ריכוזי יון מתכת, כמו גם אמצעי לכימות רגיש של יוני היעד, ובכך למנוע את הצורך למכשירים מתוחכמים. גם בריכוזים אולטרה קורט (≤0.19 מיקרוגרם / ליטר), שינוי אות בספקטרום ההחזרה של החיישנים הופיע במהלך ההיווצרות של הקומפלקסים (איור 1). במערכות חישה / ההסרה / חילוץ אצווה, יתרון עיקרי של MSAS בצורת עגלה-גלגל הוא הסלקטיביות שלהם כלפי יוני יעד, ובכך למנוע מכשול מלהתערב יונים מתחרים. איור 6 אישרו את ההסרה הבררנית וניטור יעיל של Pd (II), Au (III), וCo (II) על ידי יוניםMSAS האופטי. השינוי זניח באותות ההחזרה של MSAS בנוכחות של יונים מתחרים ציין כי chelates החלש נוצרו בין מתכות מתחרות וL1, L2, L3 ו, במיוחד ב- pH 2, 7, ו -5.2 בהתאמה. הסלקטיביות של MSAS ניתן לייחס להיווצרות של octahedral היציב מאוד [Pd- (L1) 2], מרובע מישוריים [au- (L2)], וoctahedral [לדו (L3) 2] מתחמים. לשיפוט העלות-תועלת, המחזור והעמידות של MSAS עגלה בצורת הגלגל לאחר חזר התחדשות / מחזורי שימוש חוזר נחקרו. איור 8 מראה כי MSAS נשמרים יעילות גבוהה לגילוי / ההסרה / חילוץ של Pd (II), Au ( III), ושיתוף (מחזורים השני) יונים על התחדשות החוזרת ונשנית / שימוש חוזר, אם כי יעילות כוללת ירדה מעט לאחר מחזור התחדשות / שימוש חוזר השישי. היציבות של mesostructure ד מעוקב Ia 3 ושילוב של L1, L2, L3 ולאוהצפתי עגלה בצורת גלגל נקבוביות (הנגרם על ידי H-מליטה חזקה ואינטראקציות נפיצה) ממלא תפקידים משמעותיים בשמירה על הפונקציונליות של מערכת / לכידת יונים חישה באמצעות מספר מחזורי התחדשות / שימוש חוזר (ראה איור 7). שחזור Pd (II), Au (III), וCo (II) יונים מהמכרה העירונית יכולים לעזור להגביל את הנזק הסביבתי הקשורים כריית מתכות אלה, במיוחד בכל קשורים להשפעה על קרקע ואקלים. שימוש בדגימות שלי עירוניות אמיתיות, תוצאות הראו כי MSAS המתואר במסמך זה באופן סלקטיבי יכול לשחזר PD וAu מפסולת אלקטרוני, ושיתוף מLibs המושלך (טבלת 1 ואיור 9), אך תהליך מעשי, ניתן להרחבה עדיין נשאר אתגר לתחולת העתידית של התאוששות המתכת משלי עירוני. על בסיס פרוטוקול הניהול המוצע, שני מרכיבי מפתח תפקיד חשוב בנגישות יון מתכת המשופרת, יכולת ספיחה, והתאוששות בתהליכים הטרוגנית. ראשית, היחסים הגדולים קרקע-נפח ונקבובי פתוחים גלילית של גלגל העגלה mesostructures Ia 3 ד מעוקב (MSAS) לקדם הרכבה יגנד orientational (כפי שמעידים על ידי האינטראקציה הגמישה של Pd (II), Au (III), ושיתוף (II) יונים עם L1, L2, L3 והזיקה הגבוהה של ליגנד מתכת לכריכת אירועים) (איורים 3-5). שנית, תהליכי ספיחה / זיהוי / חילוץ סלקטיבית בעיקר תלויים במבנה chelating הסוכן של, תנאי הניסוי (במיוחד pH), בהרכב של מערכת היון, ריכוזי יון מתכת, ומתכת ליגנד מחייב אירועים. למרות שפרוטוקול זה מראה התקדמות משמעותית באיכות, ויעילות של שיטות ההתאוששות, מאמצים נוספים נדרשים כדי שניתן להשתמש בם בתחולה תובענית אחרת של פסולת סביבתית, שבו הם מועשרים במינונים גבוהים של מתכות באופן פעיל תחרותיות כגון Cu (II), Fe (III)ד Ni יונים (II). לסיכום,, עגלה בצורת גלגל MSAS יעיל, חסכוני פיתח לשחזור פלדיום, זהב ומתכות קובלט מהמכרה העירונית. תוצאות מראות כי ראיות MSAS יהיה שימושי במתן בדרך לאספקה ​​בת קיימא של זהב, פלדיום, וקובלט כדי לענות על הצרכים של החברה מודרנית.

כוחות המניעים לשימוש המשגשג של קבוצת מתכות פלטינה (PGM) הם המאפיינים יוצא דופן ולפעמים בלעדיים שלהם, ההופכים אותם רכיבים חיוניים במגוון רחב של יישומים. PGMs יכול לשחק חלק בבניית חברה בת קיימא, וחומרים אלה משמשים במגוון רחב של מוצרי יישומים עכשוויים ו: קטליזה תהליך כימי, שליטת פליטת רכב, טכנולוגיית מידע, אלקטרוניקה, תכשיטי יוקרה, הכנת חומרי שיניים, תאי דלק פוטו , וסוללות ליתיום-יון (LIB) 1-10. במאה השנים האחרונות, שינויים כלכליים בעולם כבר מופעל על ידי השימוש בPGMs. בשל החשיבות של PGMs בטכנולוגיות נקיות וציוד טכנולוגי גבוהה, השימוש בPGMs גדל באופן דרמטי בחברה מודרנית. בגלל העליות החדות בשימוש בPGMs, במיוחד בייצור של ציוד אלקטרוני, ההצטברות של פסולת אלקטרונית (פסולת אלקטרוני) הובילה לenvironmentâאתגרי l וחששות. יתר על כן, העלייה האחרונה במחירי סחורות יצרה עניין חדש בכרייה של דואר פסולת 1-4. E-פסולת מכילה את שני חומרים מסוכנים ומתכות פלדיום, זהב וקובלט יקרים. אם דואר פסולת מושלכת במזבלה או לא טופלה באופן ידידותי לסביבה, הם עלולים להוות סיכון גבוה לניזק סביבתי. פלדיום, זהב ומתכות קובלט בדואר פסולת הם בר-קיימא ומשאבים משניים &quot;ירוקים&quot; של מתכות כגון 5-10. לכן, תהליכים יעילים לשחזור פלדיום, זהב וקובלט מתכות מדואר פסולת יש צורך דחוף. התקדמות עתידית בהרבה תחומים טכנולוגיים תדרוש שליטה במשאבי מתכת העיקריות. בשל החשיבות ההולכת והגדלה של פלדיום, זהב וקובלט מתכות ביישומים תעשייתיים ופתרונות לבעיות סביבתיות 11-13, פיתוח ספיחה / extractioטכניקות n להכרה וההתאוששות של מתכות כגון הפכו בראש סדר עדיפויות. המתכות היקרות העיקריות בשימוש במוצרים אלקטרוניים הן כסף, זהב, פלדיום, פלטינה, וכמויות קטנות של רודיום 4-8. פלדיום וזהב מתאושש הפכו חיוניים בגלל השילוב הייחודי שלהם של נכסים במגוון רחב של יישומים תעשייתיים, ערך כלכלי, ונדיר. מנגנוני שוק היו השפעה בהגדלת שיעורי איסוף והמיחזור של מעגלים של מחשבים מיושנים, טלוויזיות, טלפונים ניידים, ומכשירים אלקטרוניים אחרים. רכיבי ייצור המוני צרכן, כגון לוחות אם מחשב, מכילים כ -80 גרם של PD ו300 גרם של Au לטון של פסולת אלקטרוני; הכמויות המתאימות למכשירי טלפון סלולריים הן 130 גרם של Pd ו -200 גרם של Au לטון של פסולת אלקטרוני 5-10. שלי עירוני זה מחזיק כמויות עצומות של מתכות אלה (על ידי השוואה, Au וPd נמצא בריכוזים נמוכים מאוד בסלעים (~ / G 4 ng), קרקעות (/ g ng 1), מי ים (0.05 מיקרוגרם / L), ומי נהר (0.2 מיקרוגרם / L) 14-16). כדי להבטיח אספקה ​​מתמשכת ואמינה של פלדיום, זהב וקובלט מתכות לחידושים טכנולוגיים עתידיים וציוד אלקטרוני חדש, חשוב לפתח טכנולוגיה בעלות הנמוכה יעילה ולמחזור מתכות יקרות מפסולת אלקטרוני. טכנולוגיה כזו יכולה לשמש כביטוח נגד זמינות נדירה עתיד של עפרות הארץ נדירות, שהם חזו להיות במחסור, או אפילו מותשת, בטווח של 100 שנים. יש אלמנט כגון קובלט קלט חיוני לכמעט כל תאי אנרגיית אחסון אלקטרוכימי כגון Libs 17-19. בגלל הצמיחה מהירה של טכנולוגיית מידע וניצול רחב-טווח של Libs, שחרורו של Libs כדואר פסולת חקר אתגר סביבתי חדש 18-20. לכן, טיפול בפסולת אלה בזהירות על ידי מחלים משאבים אלה עשויות לפתוח דרך חדשה בסביבה ויישומים תעשייתיים. כמה שיטות חזקות ומבוססות היטב וטכניקות אנליטיות שימשו להפלות ולכמת Au (III), פ&quot;ד (II), וCo (II) בעפרה טבעית ופסולת תעשייתית, כוללים להבה וספקטרופוטומטריה קליטה אטומית תנור הפחם, ultraviolet- גלוי (UV-מול) ספקטרופוטומטריה, ניתוח הפעלת ניטרונים, וספקטרומטר מסת פלזמה בשילוב אינדוקטיבי 14-16,21-27. למרות רבגוניותם ופופולריות גוברת, טכניקות אנליטיות אלה סובלים מחסרונות רבים. לדוגמא, הם בדרך כלל דורשים תכנון ובדיקה זהירים, כרוכים הרבה צעדי הכנת מדגם כדי למזער הפרעות ממטריצת המדגם, דורשים מכשור מתוחכם ואנשים מאומנים היטב, וחייבים להתבצע בתנאי ניסוי קפדניים 17,21. יתר על כן, כל שיטות אנליטיות אלה לשלב צעדים מראש ריכוז והפרדה, כגון שלוחה ממסraction, coprecipitation, חילוף יונים, וספיחה, מראש להתרכז יוני יעד מתכת מהרכיבים המטריצה ​​לפני קביעתם 20-27. יתר על כן, טכניקות hydrometallurgy וpyrometallurgy משמשות בדרך כלל בשרשרת המיחזור בתעשייה 19-22. לכן, פיתוח שיטות אנליטיות יעילה, חסכוניות וקלות לשימוש להתאושש פלדיום, זהב וקובלט מתכות מעפרות טבעיות ופסולת תעשייתית חשובות הן לשמירה על איכות סביבה ובמגזר התעשייתי 11-13. טכנולוגיות חדשות יכולות להציע גישות חדשות לניתוח והתאוששות של מתכות מעפרות טבעיות ופסולת תעשייתית כימיים. ההתקדמות אחרונות נעשתה בהפחתת העלויות ולקצר את הזמן כדי להמציא חיישנים זעירים כימיים / חומרי ספיחה אופטיים; עם זאת, adsorbents האופטי עדיין משמש לחישה ספציפית בעולם האמיתי, חילוץ, ויישומי התאוששות עבור מגוון רחב של מתכות 28-36. לאחרונה, מחקר התמקד בתפירת פסלי mesoporous מוצקות ספציפיים לשימוש כחיישנים רגישים מאוד לזיהוי פשוט ובו-זמנית בעין בלתי מזוינת וההסרה של יונים רעילים ומתכת יקרים, כגון יוני כספית וזהב, מדגימות מים 28-32. כאן, תהליך לאיתור באופן סלקטיבי וביעילות המחלים Au (III) וPd (II) מהמכרה העירונית נמסר; בנוסף, ניתן ליישם את התהליך להתאוששות של יוני Co (II) מLibs. מחזור מתכות בתהליך זה לא צריכים לשמש רק כמקור משני של Au (III), פ&quot;ד (II), וCo (II) יונים אלא גם להפחית את הזיהום סביבתי. עיצובי הפרוטוקול של MSAS עגלה בצורת הגלגל להראות, בפעם הראשונה, עדות להכרה אופטית מבוקרת של Au (III), פ&quot;ד (II), וCo (II) יונים, ומערכת בררנית במיוחד עבור התאוששות של PD ( יוני II) (עד ~ 95%) בעופרות ופסולת תעשייתית.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1003">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Tetramethylorthosilicate (TMOS)</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 681-84-5</td>
			<td style="width:523px;">Molecular Weight 152.22; Linear Formula Si(OCH3)4; 218472-500G</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol), PEG-PPG-PEG, Pluronic&#174; P-123</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 9003-11-6</td>
			<td style="width:523px;">average Mn ~5,800</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Sodium citrate tribasic dehydrate</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 6132-04-3</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula HOC(COONa)(CH2COONa)2 &#183; 2H2O; Molecular Weight 294.10; S4641-500G</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Pentadecane, C15</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 629-62-9</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula CH3(CH2)13CH3; Molecular Weight 212.41</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">3-(N-Morpholino)propanesulfonic acid (MOPS)</td>
			<td style="width:123px;">Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number&#65306;1132-61-2, Product Number M0707</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula C7H15NO4S, M1254-250G, Molecular Weight 209.26</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">2-(cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES)</td>
			<td style="width:123px;">Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number&#65306;103-47-9, Product Number C0920</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula C8H17NO3S,&#160; Molecular Weight 207.29</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic acid (CAPS)</td>
			<td style="width:123px;">Dojindo Chemicals (Japan)</td>
			<td style="width:143px;">343-00484, Lot.DE132</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula C9H19NO3S, M1254-250G, Molecular Weight 221.32</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">2-Nitroso-1-naphthol (NN)</td>
			<td style="width:123px;">Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI)</td>
			<td style="width:143px;">Product Number N0267</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula ONC10H6OH, M1254-250G, Molecular Weight 173.17</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Sunset Yellow FCF</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 2783-94-0</td>
			<td style="width:523px;">Empirical Formula (Hill Notation) C16H10N2Na2O7S2, Molecular Weight 452.37, 465224-25G</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Diphenylthiocarbazone</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 60-10-6</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula C6H5NHNHCSN=NC6H5, Molecular Weight 256.33, 194832-10G</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">4-hydrazinobenzoic acid</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 619-67-0</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula H2NNHC6H4CO2H, Molecular Weight 152.15, 246395-25G</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Carbon disulfide</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 75-15-0</td>
			<td style="width:523px;">Empirical Formula (Hill Notation) CS2, Molecular Molecular Weight 76.14, 335266-100ML</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Ethanol absolute</td>
			<td style="width:123px;">Sigma&#8211;Aldrich Company Ltd. (USA)</td>
			<td style="width:143px;">CAS Number 64-17-5</td>
			<td style="width:523px;">Linear Formula CH3CH2OH, Molecular Weight 46.07, 24102-1L-R</td>
		</tr>
		<tr height="243">
			<td height="243" style="height:243px;width:216px;">Small angle powder X-ray diffraction (XRD)&#160;</td>
			<td style="width:123px;">Bruker D8 Advance</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:523px;">Small angle powder X-ray diffraction (XRD) patterns were measured by using a 18 kW diffractometer (Bruker D8 Advance) with monochromated CuK&#945; radiation and with scattering reflections recorded for 2&#952; angles between 0.1o and 6.5o corresponding to d-spacing between 88.2 and 1.35 nm. First, the powder samples were ground and spread on a sample holder. The samples were scanned in the range from 2&#952; = 0.1&#8211;6.5o with step size of 0.02o. To confirm the resolution of the diffraction peaks with standard reproducibility in 2&#952; (&#177;0.005), the sample measurement was recorded by using both graphite monochromator and G&#246;bel mirror detectors. Both detectors were used to generate focusing beam geometry and parallel primary beam. The sample measurement was repeated three times under rotating at various degrees (15o, 30o and 45o).&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="192">
			<td height="192" style="height:192px;width:216px;">N2 adsorption&#8211;desorption isotherms&#160;</td>
			<td style="width:123px;">BELSORP MIN-II analyzer (JP. BEL Co. Ltd)</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:523px;">N2 adsorption&#8211;desorption isotherms were measured using a BELSORP MIN-II analyzer (JP. BEL Co. Ltd) at 77 oK. The pore size distribution was determined from the adsorption isotherms by using nonlocal density functional theory (NLDFT). Specific surface area (SBET) was calculated using multi-point adsorption data from a linear segment of the N2 adsorption isotherms using Brunauer&#8211;Emmett&#8211;Teller (BET) theory. Before the N2 isothermal analysis, all prepared samples were pre-treated at 100oC for 8 h under vacuum until the pressure was equilibrated to 10&#8722;3 Torr.</td>
		</tr>
		<tr height="273">
			<td height="273" style="height:273px;width:216px;">High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM)&#160;</td>
			<td style="width:123px;">JEOL JEM model 2100F microscope</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:523px;">High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) was performed using a JEOL JEM model 2100F microscope. HRTEM was conducted at an acceleration voltage of 200 kV to obtain a lattice resolution of 0.1 nm. The HRTEM images were recorded using a CCD camera. In the HRTEM characterization, the sample was dispersed in ethanol solution using an ultrasonic cleaner, and then dropped on a copper grid. Prior to inserting the samples in the HRTEM column, the grid was vacuum dried for 20 min. Energy Dispersive X-ray micro-analyzers (EDX) were recorded by employing Horiba EDS-130S, which directly connected with Hitachi FE-SEM S-4300. Elemental mapping of all samples was carried out with the energy dispersive X-ray micro-analyzers with an acceleration voltage of 30 kV. Ten distinct spots were analyzed per sample, which resulted in 99% confidence bounds of &#177;0.01 in the molar fraction of each cation (with their sum normalized to unity).&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">UV-Vis-NIR spectrophotometer</td>
			<td style="width:123px;">Shimadzu 3700</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:523px;">The absorbance spectrum of the nano-collectors material was measured by UV-Vis-NIR spectrophotometer (Shimadzu 3700).</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)</td>
			<td style="width:123px;">Perkin Elmer Elan-6000 ICP-MS</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:523px;">In selective removal, metal ion concentrations were determined by ICP-AES. The instrument was calibrated using four standard solutions containing 0, 0.5, 1.0 and 2.0 mg/L (for each element) and the correlation coefficient of calibration curve was higher than 0.9999.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES)</td>
			<td style="width:123px;">PerkinElmer Elan-6000&#160;</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:523px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

detection and recovery of palladium, gold and cobalt metals from the urban mine using novel sensors/adsorbents designated with nanoscale wagon-wheel-shaped pores

פיתוח בעלות נמוכה, תהליכים יעילים לאיסוף ומחזור של פלדיום, זהב ומתכות קובלט משלי עירוני עדיין מהוות אתגר משמעותי במדינות מתועשות. הנה, פיתוח mesosensors / adsorbents האופטי (MSAS) להכרה יעילה והתאוששות סלקטיבית של Pd (II), (III) Au, וCo (II) משלי עירוני הושגו. שיטה פשוטה, כללית להכנת MSAS מתבסס על שימוש בפיגומי מונוליטי mesoporous סדר גבוה תוארה. MSAS ההיררכי מעוקב Ia 3 ד בצורת עגלה-גלגל היו מפוברק על ידי סוכני chelating עיגון (צבעי) לתוך הנקבוביות תלת-ממדיות ומשטחי חלקיק מיקרומטרי של פיגומי מונוליטי mesoporous. ממצאים מראים, בפעם הראשונה, עדות להכרה אופטית מבוקרת של Pd (II), Au (III), וCo (II) יונים ומערכת בררנית במיוחד עבור התאוששות של Pd (II) יונים (עד ~ 95%) בעופרות ופסולת תעשייתית. יתר על כן, תהליכי ההערכה המבוקר תיארו אותהעין כרוכה הערכה של מאפיינים פנימיים (למשל, שינוי חזותי אות, יציבות לטווח ארוך, יעילות ספיחה, רגישות יוצאת דופן, בררנות, ושימוש חוזר); כך, מכשירים יקרים, מתוחכמים אינם נדרשים. תוצאות מראות כי ראיות MSAS ימשוך תשומת לב עולמית כאמצעי טכנולוגי מבטיח של איסוף ומחזור של פלדיום, זהב וקובלט מתכות.

Watch this Scientific Journal Video about Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Po

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

בגלל השימוש נרחב של החשיבות ופלדיום, זהב וקובלט מתכות בציוד טכנולוגי גבוהה, השחזור והמיחזור שלהם מהווים אתגר תעשייתי חשוב. מערכת התאוששות המתכת המתוארת במסמך זה בעלות נמוכה פשוטה, אומרת לאיתור, הסר, והתאוששות היעילה של מתכות אלה מהמכרה העירונית.

איתור והשחזור של פלדיום, מתכות זהב וקובלט ממכרה העירונית באמצעות חיישנים / Adsorbents רומן יעודיים עם נקבוביות-בצורת גלגל עגלה ננומטריים

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

detection-recovery-palladium-gold-cobalt-metals-from-urban-mine-using

Research

JoVE Journal

Engineering

27.9K Views.  National Institute for Materials Science, Japan.  בגלל השימוש נרחב של החשיבות ופלדיום, זהב וקובלט מתכות בציוד טכנולוגי גבוהה, השחזור והמיחזור שלהם מהווים אתגר תעשייתי חשוב. מערכת התאוששות המתכת המתוארת במסמך זה בעלות נמוכה פשוטה, אומרת לאיתור, הסר, והתאוששות היעילה של מתכות אלה ...

Video: Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

מוליכות כמותית במקביל ומדידת תכונות מכאנית של חומרים אורגניים באמצעות Photovoltaic AFM

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Nitrogen-doped carbon nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs). These as-synthesized graphitic nanocups from chemical vapor deposition (CVD) method were stacked in a head-to-tail fashion held only through noncovalent interactions. Individual NCNCs can be isolated out of their stacking structure through a series of chemical and physical separation processes. First, as-synthesized NCNCs were oxidized in a mixture of strong acids to introduce oxygen-containing defects on the graphitic walls. The oxidized NCNCs were then processed using high-intensity probe-tip sonication which effectively separated the stacked NCNCs into individual graphitic nanocups. Owing to their abundant oxygen and nitrogen surface functionalities, the resulted individual NCNCs are highly hydrophilic and can be effectively functionalized with gold nanoparticles (GNPs), which preferentially fit in the opening of the cups as cork stoppers. These graphitic nanocups corked with GNPs may find promising applications as nanoscale containers and drug carriers.

We discussed the synthesis of individual graphitic nanocups using a series of techniques including chemical vapor deposition, acid oxidation and probe-tip sonication. By citrate reduction of HAuCl4, the graphitic nanocups were effectively corked with gold nanoparticles due to the chemically reactive edges of the cups.

סינתזה וFunctionalization גביעי Nanotube פחמן חנקן מסומם עם חלקיקי זהב כפקקים

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) and Electron Beam Melting (EBM). In spite of its potential processing capability, the direct AM method has several disadvantages such as high cost, poor surface finish of final products, limitation in material selection, high thermal stress, and anisotropic properties of parts. We propose a cost-effective method to manufacture 3D lattice metals. The objective of this study is to provide a detailed protocol on fabrication of 3D lattice metals having a complex shape and a thin wall thickness; e.g., octet truss made of Al and Cu alloys having a unit cell length of 5 mm and a cell wall thickness of 0.5 mm. An overall experimental procedure is divided into eight sections: (a) 3D printing of sacrificial patterns (b) melt-out of support materials (c) removal of residue of support materials (d) pattern assembly (e) investment (f) burn-out of sacrificial patterns (g) centrifugal casting (h) post-processing for final products. The suggested indirect AM technique provides the potential to manufacture ultra-lightweight lattice metals; e.g., lattice structures with Al alloys. It appears that the process parameters should be properly controlled depending on materials and lattice geometry, observing the final products of octet truss metals by the indirect AM technique.

An indirect additive manufacturing method combining a 3D printing of polymers with a centrifugal casting is outlined for manufacturing 3D octet truss metals (Al and Cu alloys) having a unit cell length of 5 mm with a wall thickness of 0.5 mm.

ייצור עקיף של סריג מתכות סעיפים דקים באמצעות יציקה צנטריפוגלי

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

ספקטרומטר פיזור מהיר ברילואן מגורה מכ לניתוח גשמי

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

שיטה חדשה עבור<em&gt; באתרו</em&gt; אפיון אלקטרומכני של דגימות ננומטריות

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

עיבוד מתכות תכונות בצובר במעבדה לחקר צבא ארה ב

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) for the controllable nucleation of cavitation in tissue-mimicking gel phantoms. This in vitro protocol was developed to demonstrate the feasibility of this approach, for both enhancement of imaging and therapeutic applications for cancer. The same apparatus can be used for both imaging and therapeutic applications by varying the exposure duration of the HIFU system. For short duration exposures (10 &#181;s), broadband acoustic emissions were generated through the controlled nucleation of inertial cavitation around the gold nanoparticles. These emissions provide direct localization of nanoparticles. For future applications, these particles may be functionalized with molecular-targeting antibodies (e.g. anti-HER2 for breast cancer) and can provide precise localization of cancerous regions, complementing routine diagnostic ultrasound imaging. For continuous wave (CW) exposures, the cavitation activity was used to increase the localized heating from the HIFU exposures resulting in larger thermal damage in the gel phantoms. The acoustic emissions generated from inertial cavitation activity during these CW exposures was monitored using a passive cavitation detection (PCD) system to provide feedback of cavitation activity. Increased localized heating was only achieved through the unique combination of nanoparticles, laser light and HIFU. Further validation of this technique in pre-clinical models of cancer is necessary.

This protocol demonstrates the controllable nucleation of cavitation in gel phantoms, through simultaneous exposure to both near-infrared pulsed laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU). The cavitation activity can then be used for enhancing imaging and/or therapeutic uses of HIFU.

התגרענות לשליטה של קוויטציה מן Plasmonic חלקיקי זהב לשיפור בעוצמה גבוהה ממוקד יישומים אולטרסאונד

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...

Determining the Mechanical Strength of Ultra-Fine-Grained Metals

The mechanical strengthening of metals is the long-standing challenge and popular topic of materials science in industries and academia. The size dependence of the strength of the nanometals has been attracting a lot of interest. However, characterizing the strength of materials at the lower nanometer scale has been a big challenge because the traditional techniques become no longer effective and reliable, such as nano-indentation, micropillar compression, tensile, etc. The current protocol employs radial diamond-anvil cell (rDAC) X-ray diffraction (XRD) techniques to track differential stress changes and determine the strength of ultrafine metals. It is found that ultrafine nickel particles have more significant yield strength than coarser particles, and the size strengthening of nickel continues down to 3 nm. This vital finding immensely depends on effective and reliable characterizing techniques. The rDAC XRD method is expected to play a significant role in studying and exploring nanomaterial mechanics.

The protocol presented here describes the high-pressure radial diamond-anvil-cell experiments and analyzing the related data, which are essential for obtaining the mechanical strength of the nanomaterials with a significant breakthrough to the traditional approach.