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研究人员开发了新的石墨烯纳米通道滤水器

当二维纳米材料片(例如石墨烯)彼此堆叠时,在片之间会形成微小的间隙,具有多种潜在用途。在《自然通讯》杂志上发表的一项研究中,布朗大学的一个研究小组找到了一种方法来缩小这些间隙(称为纳米通道)的方向,从而使其对于过滤水和其他纳米级污染物液体更加有用。

布朗工程学院的教授,该研究的合著者罗伯特·赫特说:“在过去的十年中,整个领域涌现出来,以研究二维纳米材料之间形成的这些空间。” “您可以在其中生长事物,可以在其中存储事物,并且在纳米流体这个新兴领域,您正在使用这些通道过滤一些分子,同时让其他分子通过。”

但是,使用这些纳米通道进行过滤存在一个问题,这与这些通道的定向方式有关。就像由堆叠的纸片制成的笔记本一样,石墨烯堆栈在垂直方向上比水平长度和宽度都薄。这意味着,片材之间的通道同样是水平定向的。这对于过滤不是理想的,因为液体必须经过一段较​​长的路程才能从通道的一端到达另一端。如果通道垂直于片材的方向会更好。在那种情况下,液体将仅需要穿过堆叠的相对薄的垂直高度,而不是更长的长度和宽度。

但是,赫特说,直到现在,还没有人提出一种制造垂直取向石墨烯纳米通道的好方法。直到Hurt实验室的前博士后研究员Mumuchun提出了一种新颖的方法。

Liu的方法包括将石墨烯片堆叠在弹性基材上,然后将其置于张力下使其伸展。在片材沉积之后,基板上的张力被释放,这使其收缩。发生这种情况时,顶部皱纹上的石墨烯会聚集为尖锐的峰和谷。

现在是麻省理工学院研究员的刘说:“当您开始对石墨烯起皱时,就是在将薄片和通道倾斜到平面外。” “如果皱很多,通道最终几乎会垂直对齐。”

通道几乎垂直后,将组件封装在环氧树脂中,然后修剪顶部和底部,从而在整个材料中打开通道。研究人员称这种组合为VAGME(垂直排列的石墨烯膜)。

赫特说:“我们最终得到的是带有这些短而狭窄通道的膜,只有很小的分子才能通过。” “因此,例如,水可以通过,但是有机污染物或某些金属离子将太大而无法通过。因此,您可以将它们过滤掉。”

概念验证测试表明,水蒸气可以轻松通过VAGME,而己烷(一种较大的有机分子)已被滤出。研究人员计划继续开发该技术,着眼于潜在的工业或家庭过滤应用。

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