我們都知道海綿可以吸水,但是你知道嗎?現(xiàn)在有一種海綿,可以只吸油不吸水.國(guó)立清華大學(xué)材料系戴念華教授率領(lǐng)了一群學(xué)生,利用世界上最輕薄的材料石墨烯,研發(fā)出可油水分離的海綿,未來預(yù)計(jì)可以用來清除海洋原油污染.這項(xiàng)發(fā)明日前登上Google Solve for X網(wǎng)站(SFX,通稱「射月計(jì)劃」),此平臺(tái)專門刊載能有創(chuàng)新及突破技術(shù),能有效率解決人類重大問題的方法,而這是臺(tái)灣學(xué)術(shù)界的首例.

石墨烯海綿吸收原理

    由于石墨烯材質(zhì)本身具有疏水親油特性,于是將石墨烯均勻涂在海綿上,加上海綿結(jié)構(gòu)的孔隙,產(chǎn)生的毛細(xì)現(xiàn)象將可瞬間把油及有機(jī)溶劑吸走,一塊小小的海綿可吸收本身重量九十倍的原油,并可以重復(fù)使用.不只是原油,一般湯頭的油,或臉上的油理論上都可用同樣的方式吸收,但戴念華認(rèn)為,這項(xiàng)發(fā)明的重點(diǎn)在于環(huán)境保護(hù),未來將應(yīng)用于輪船翻覆時(shí),在大規(guī)模擴(kuò)散之前迅速吸收漏油,避免污染范圍擴(kuò)大造成環(huán)境災(zāi)害.

簡(jiǎn)單構(gòu)想延伸出創(chuàng)新方法

 
    神奇海綿的發(fā)明人為在清大納米碳材料研究室的越南籍博士生Nguyen(阮)在研究石墨烯的相關(guān)技術(shù),發(fā)現(xiàn)石墨烯有親油及疏水性,但是必須讓石墨烯依附在某個(gè)載體上,才有空間容納吸收的油,于是才想到運(yùn)用在海綿上,能夠?qū)⒁后w吸收到孔隙里.前后大約花了半年的時(shí)間,成功將石墨烯跟海綿結(jié)合.

    戴念華認(rèn)為這個(gè)項(xiàng)目或許還有其他可發(fā)揮的空間,于是就找了一群學(xué)生接手繼續(xù)研究.由于原理并不難,只要將石墨烯涂料用在海綿上,用實(shí)驗(yàn)室里的設(shè)備即可完成,于是同學(xué)皆能自行復(fù)制方法.博士生賴怡廷及大四生簡(jiǎn)明紳用計(jì)算機(jī)影像仿真了海綿如何在海水中自動(dòng)吸油,及研究了要用怎樣的器材才能把油擠出來,將一系列的技術(shù)匯整成一個(gè)影片,上傳至Google Solve for X,完整地展現(xiàn)他們的研究成果.

 戴念華教授(右二)、發(fā)起人Nguyen Duc Dung(右一)及團(tuán)隊(duì)學(xué)生賴怡廷、簡(jiǎn)明紳、Shivam Gupta(左起)

    阮先生表示,若要將石墨烯海綿的技術(shù)發(fā)揮得更有效率的話,主要是往加強(qiáng)有機(jī)溶劑分離的目標(biāo)前進(jìn).石墨烯本身能油水分離,但是溶于水中的有機(jī)溶劑就不一定能像油一樣輕易被吸走,因此接下來要把重點(diǎn)放在有機(jī)溶劑與水的化學(xué)分離,如此一來除了吸附油污以外,也更能吸收其他會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染的化學(xué)藥劑.

 
    團(tuán)隊(duì)中還有一位印度籍的研究生Shivam Gupta,他的碩士論文在研究其他「吸油不吸水」的材料,希望能發(fā)明類似于石墨烯海綿的工具,在這環(huán)保及石油產(chǎn)業(yè)中找出其他解決辦法.賴怡廷及簡(jiǎn)明紳的專題論文同樣繼續(xù)研究石墨烯技術(shù),跟著實(shí)驗(yàn)室里的同伴一起合作,將石墨烯海綿的作用提升至更上一層樓.

石墨烯海綿

    戴念華說,石墨烯海綿希望能運(yùn)用在石油產(chǎn)業(yè),由于輪船及油井漏油的事件屢見不鮮,若能讓海綿收集這些漏油,除了能保護(hù)海域不被污染以外,也能經(jīng)由分解重復(fù)再利用.目前已有幾間石油公司聯(lián)系,像中油就很有興趣,也極為認(rèn)同對(duì)于環(huán)境保護(hù)的想法,正在評(píng)估是否有進(jìn)一步合作的空間.學(xué)生目前的實(shí)驗(yàn)是將原油倒在水缸中,用滾軸裝置擠壓出油,中油則希望能用在更大的場(chǎng)域中操作,若實(shí)際放在海洋的漏油中,用一樣的裝置是否也可達(dá)到同樣的效果;不過尚缺乏適合的場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)驗(yàn).倒是有人介紹戴念華跟其他石油公司聯(lián)系,他們?cè)谶\(yùn)輸?shù)倪^程當(dāng)中若有漏油問題,就可用石墨烯海綿試試是否像在實(shí)驗(yàn)室中有精準(zhǔn)的效果.

 
    由于石墨烯海綿的制作成本不高,以目前實(shí)驗(yàn)室設(shè)備放大粗淺計(jì)算,一片長(zhǎng)寬高分別為三十、十、一公分的海綿,根據(jù)油的密度不同,單片可吸收最大到120倍重量的油 ,且成本只要二十幾元,且海綿已申請(qǐng)到美國(guó)及臺(tái)灣專利,要進(jìn)入工業(yè)量產(chǎn)很容易,如果接下來順利跟公司合作的話,這種石墨烯海綿將會(huì)是高效率、低成本的解決方法,因此除了得到Google Solve for X認(rèn)同外,團(tuán)隊(duì)在2015的東元「Green Tech」國(guó)際創(chuàng)意競(jìng)賽中獲得第一名,獲得獎(jiǎng)金四十萬元新臺(tái)幣.