中外科學家在石墨烯功能材料研究方面取得突破性進展，該成果在海水淡化與凈化、傳感技術(shù)及能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
3月14日，據(jù)科技日報報道，中國科學技術(shù)大學工程科學學院近代力學系吳恒安教授和王奉超博士，與諾獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授課題組合作，在石墨烯功能材料研究方面取得突破性進展，發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯薄膜具有精密快速篩選離子的性能。研究成果發(fā)表在近日出版的《科學》雜志上。
石墨烯以其獨特的力學和電學特性被稱為“神奇材料”。然而，石墨烯與水之間的相互作用機理并不為人們所了解。石墨烯表面本來是排斥水的，但浸入到水中的石墨烯薄膜里的毛細通道卻允許水快速滲透。他們最新的合作研究表明，水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜與水相互作用后，形成約0.9納米寬的毛細通道，允許直徑小于0.9納米的離子或分子快速通過，而直徑大于0.9納米的離子被完全阻隔。該篩選效應(yīng)不僅對離子尺寸要求非常精準，而且比傳統(tǒng)的濃度擴散快上千倍。
報道稱，吳恒安課題組用理論分析和分子模擬方法，研究了石墨烯納米通道快速過濾離子的機理。他們的計算機模擬研究表明，石墨烯與離子之間的相互作用使離子在納米通道中聚集，從而促進了離子的快速擴散。這一發(fā)現(xiàn)合理解釋了實驗結(jié)果，也被稱為“離子海綿效應(yīng)”。
專家稱，如果通過機械手段進一步壓縮薄膜中的毛細通道尺寸，將能高效率地過濾海水中的鹽分。這意味著制造一個在幾分鐘內(nèi)即可將一杯海水淡化成飲用水的過濾裝置，已不再是科幻小說場景。
《科學》專門對這項研究成果進行了展望評述，認為該發(fā)現(xiàn)使得氧化石墨烯薄膜在眾多分離應(yīng)用中具有重要意義，例如在海水淡化與凈化、傳感技術(shù)及能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
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