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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(wǎng)整理來源：材料科技在線團(tuán)隊分享至：

圖片來源：曼徹斯特大學(xué)

正如《自然》雜志報道的那樣，曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究所（NGI）的研究人員已經(jīng)實現(xiàn)了長期以來的追求目標(biāo)，即創(chuàng)造了電控水流膜。

這是最新且令人興奮的開發(fā)出的適合石墨烯獨特性質(zhì)的薄膜。這項新的研究為開發(fā)智能膜技術(shù)開辟了一條途徑，可以革新人工生物系統(tǒng)、組織工程和過濾領(lǐng)域。

石墨烯能夠在處理液體和氣體時形成可調(diào)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(fā)出來的，它已經(jīng)被證明可以通過使用電流精確控制水流。當(dāng)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(lǐng)導(dǎo)，在電絕緣氧化石墨烯膜中嵌入導(dǎo)電絲。通過這些納米絲的電流產(chǎn)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(xì)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(jìn)一步開發(fā)智能膜技術(shù)開辟了一條途徑。利用外部刺激開發(fā)精確和可逆控制分子滲透的智能膜是從物理和化學(xué)到生命科學(xué)許多科學(xué)領(lǐng)域都感興趣的。”

電控制水通過膜的實現(xiàn)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(diào)節(jié)和消化的關(guān)鍵。報道的通過石墨烯膜進(jìn)行電控制水傳輸為開發(fā)各種應(yīng)用的人工生物系統(tǒng)和先進(jìn)的納米流體設(shè)備開辟了新的維度。

在此之前，研究小組已經(jīng)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(xué)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(yī)療保健和相關(guān)領(lǐng)域非常重要。目前，這種可調(diào)節(jié)膜僅限于對膜的潤濕和受控離子傳輸?shù)恼{(diào)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(shù)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(yīng)用，而且它使我們了解電場對承壓水的納米尺度性質(zhì)的影響。從水分子凍結(jié)到電場下冰的融化，盡管有許多相互矛盾的理論預(yù)測，但缺少電場效應(yīng)的實驗證據(jù)。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(xué)、Shahid Rajaee教師培訓(xùn)大學(xué)、伊朗和比利時Antwerpen大學(xué)的科學(xué)家合作完成的。

石墨烯和相關(guān)的二維材料已經(jīng)顯示出開發(fā)新應(yīng)用以及增強(qiáng)當(dāng)前用于諸如電子、復(fù)合材料、傳感器和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的工藝的前景。膜已經(jīng)成為脫鹽、氣體分離和醫(yī)療保健的重點研發(fā)主題。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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