Nature：可通過電流控制水的石墨烯智能膜
2018-07-17 12:11:42
作者：本網整理 來源：材料科技在線團隊
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圖片來源：曼徹斯特大學
正如《自然》雜志報道的那樣，曼徹斯特大學國家石墨烯研究所（NGI）的研究人員已經實現了長期以來的追求目標，即創造了電控水流膜。
這是最新且令人興奮的開發出的適合石墨烯獨特性質的薄膜。這項新的研究為開發智能膜技術開辟了一條途徑，可以革新人工生物系統、組織工程和過濾領域。
石墨烯能夠在處理液體和氣體時形成可調諧的濾光器，甚至形成完美的屏障。新的“智能”膜是用廉價的石墨烯（石墨烯氧化物）開發出來的，它已經被證明可以通過使用電流精確控制水流。當需要時，膜甚至可以用來完全阻止水通過。
該小組由Rahul Nair教授領導，在電絕緣氧化石墨烯膜中嵌入導電絲。通過這些納米絲的電流產生了一個大的電場，它可以電離水分子，從而控制通過膜中的石墨烯毛細管的水傳輸。
Nair教授說：“這項新的研究使我們能夠精確地控制水的滲透，從超快滲透到完全阻塞。我們的工作為進一步開發智能膜技術開辟了一條途徑。利用外部刺激開發精確和可逆控制分子滲透的智能膜是從物理和化學到生命科學許多科學領域都感興趣的。”
電控制水通過膜的實現是一個階段性的改變，因為它與幾個主要的刺激是電信號的生物過程相似。控制水運輸是腎水保、體溫調節和消化的關鍵。報道的通過石墨烯膜進行電控制水傳輸為開發各種應用的人工生物系統和先進的納米流體設備開辟了新的維度。
在此之前，研究小組已經證明，氧化石墨烯膜可用作從海水中除去鹽成為脫鹽替代物的篩子。去年，他們還表明這種膜可以去除威士忌中的色素，而不會影響它的其他性能。
在石墨烯基膜的突破性研究中，安德烈？海姆教授和Rahul Nair教授獲得了蘇丹王子阿卜杜勒阿齊茲國際獎第八項獎。（PSIPW）。
長期以來，科學家一直試圖通過使用外部刺激來控制水的流動，這是因為它對醫療保健和相關領域非常重要。目前，這種可調節膜僅限于對膜的潤濕和受控離子傳輸的調制，而不能控制水的流量。
論文的主要作者Kai-Ge Zhou博士說：“報道的石墨烯智能膜技術不僅僅局限于控制水的流動。相同的膜可以用作智能吸附劑或海綿。如果施加電流，即使在沙漠條件下，吸附在膜上的水也可以保留在膜中。我們可以通過切換電流來釋放需要的水。”
論文第二作者Vasu博士評論說：“我們的工作不僅為石墨烯膜開辟了新的應用，而且它使我們了解電場對承壓水的納米尺度性質的影響。從水分子凍結到電場下冰的融化，盡管有許多相互矛盾的理論預測，但缺少電場效應的實驗證據。我們的工作表明，大電場能將水電離到其所組成的離子中。”
這項工作是與York大學、Shahid Rajaee教師培訓大學、伊朗和比利時Antwerpen大學的科學家合作完成的。
石墨烯和相關的二維材料已經顯示出開發新應用以及增強當前用于諸如電子、復合材料、傳感器和生物醫學等領域的工藝的前景。膜已經成為脫鹽、氣體分離和醫療保健的重點研發主題。
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責任編輯：韓鑫
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