Автор AZoNano 22 января 2021 года

Укладка нескольких листов двумерных наноматериалов, таких как графен, друг на друга, приводит к образованию небольших промежутков между листами, которые могут найти широкий спектр потенциальных применений.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications группа исследователей из Университета Брауна описывает открытие нового метода устранения этих пробелов, известных как наноканалы, которые более полезны для фильтрации наноразмеров. загрязняющие вещества из воды и других жидкостей.

В последнее десятилетие возникла целая область изучения этих пространств, которые образуются между двумерными наноматериалами . Вы можете выращивать там что-то, вы можете хранить там вещи, и есть новая область наножидкостей, где вы используете эти каналы, чтобы отфильтровать одни молекулы, позволяя другим пройти .

Роберт Хёрт, соавтор исследования и профессор инженерной школы Брауновского университета

Однако использование этих наноканалов для фильтрации создает проблему, которая связана с направлением этих каналов. Подобно записной книжке, созданной из стопки листов бумаги, стопки графена тоньше в вертикальном направлении, чем их ширина и длина по горизонтали.

Это означает, что каналы между листами одинаково ориентированы по горизонтали. Это не оптимально для фильтрации, поскольку жидкость должна пройти сравнительно слишком далеко, чтобы добраться от одного конца канала до другого.

Было бы идеально, если бы каналы располагались в направлении, перпендикулярном ориентации листов. Если это так, то жидкости потребуется только пройти относительно тонкую вертикальную высоту стопки вместо гораздо большей ширины и длины.

По словам Хёрта, на сегодняшний день идеальный метод создания вертикально ориентированных графеновых наноканалов еще не разработан. Так было до тех пор, пока Мучун Лю, бывший постдокторант в лаборатории Хёрта, не открыл новый метод для этого.

В технике Лю графеновые листы укладываются на эластичную подложку, которая находится под натяжением и растягивается. Как только листы укладываются, напряжение на подложке снимается, что позволяет ей сжиматься. Когда этот процесс происходит, сборка графена наверху складывается в острые впадины и пики.

Когда вы начинаете сморщивать графен, вы наклоняете листы и каналы из плоскости . Если много морщить, каналы окажутся выровненными почти вертикально .

Мучун Лю, научный сотрудник Массачусетского технологического института

Как только каналы становятся почти вертикальными, узел оборачивается эпоксидной смолой, а верхняя и нижняя части дополнительно обрезаются, что открывает каналы через материал. Группа назвала эти сборки VAGME – вертикально выстроенные графеновые мембраны.

В итоге мы получаем мембрану с этими короткими и очень узкими каналами, через которые могут проходить только очень маленькие молекулы. Так, например, вода может проходить, но органические загрязнения или ионы некоторых металлов будут слишком большими, чтобы пройти через них. Так что вы можете отфильтровать их .

Роберт Хёрт, соавтор исследования и профессор инженерной школы Брауновского университета

Доказательство принципа исследования показало, что водяной пар может легко проходить через VAGME, в то время как гексан, огромная органическая молекула, отфильтровывается. Команда намеревается продолжить разработку технологии с целью возможных промышленных или бытовых фильтровальных применений.

Исследование финансировалось программой исследований Суперфонда Национального института наук об окружающей среде (P42 ES013660).

Справка журнала

Лю М., и др. . (2021) Управление ориентацией и размерами наноканалов в наножидкостных мембранах на основе графена. Nature Communications . doi.org/10.1038/s41467-020-20837-2.

Источник: https://www.brown.edu/[19459008visible