Grafen:Supermateriale bliver superpermeabelt

Grafen er et af videnskabsverdenens vidundere, med potentiale til at skabe foldbare mobiltelefoner, tapettynde lyspaneler og næste generation af fly. Det nye fund ved University of Manchester giver grafens potentiale en yderst overraskende dimension – grafen kan også bruges til at destillere alkohol.

I en rapport offentliggjort i Videnskab , et hold ledet af professor Sir Andre Geim viser, at grafenbaserede membraner er uigennemtrængelige for alle gasser og væsker (vakuumtætte). Imidlertid, vand fordamper gennem dem lige så hurtigt, som hvis membranerne slet ikke var der.

Denne nyfundne egenskab kan nu føjes til den allerede lange liste af superlativer, der beskriver grafen. Det er det tyndeste kendte materiale i universet og det stærkeste nogensinde målt. Det leder elektricitet og varme bedre end noget andet materiale. Den er også den stiveste, og på samme tid, det er det mest duktile. Ved at demonstrere dets bemærkelsesværdige egenskaber vandt University of Manchester akademikere Nobelprisen i fysik i 2010.

Nu har forskere fra University of Manchester studeret membraner fra et kemisk derivat af grafen kaldet grafenoxid. Grafenoxid er det samme grafenark, men det er tilfældigt dækket med andre molekyler såsom hydroxylgrupper OH-. Grafenoxidplader stables oven på hinanden og danner et laminat.

Forskerne forberedte sådanne laminater, der var hundrede gange tyndere end et menneskehår, men forblev stærke, fleksible og var nemme at håndtere.

Når en metalbeholder blev forseglet med en sådan film, selv det mest følsomme udstyr var ikke i stand til at detektere luft eller anden gas, inklusive helium, at lække igennem.

Det kom som en komplet overraskelse, at da forskerne prøvede det samme med almindeligt vand, de fandt ud af, at det fordamper uden at lægge mærke til grafenforseglingen. Vandmolekyler diffunderede gennem grafenoxidmembranerne med så stor en hastighed, at fordampningshastigheden var den samme, uanset om beholderen var forseglet eller helt åben.

Dr Rahul Nair, hvem ledede det eksperimentelle arbejde, giver følgende forklaring:"Graphenoxid-plader arrangerer således, at der imellem dem er plads til præcis ét lag vandmolekyler. De arrangerer sig i ét molekyle tykke isplader, som glider langs grafenoverfladen praktisk taget uden friktion.

"Hvis et andet atom eller molekyle prøver det samme trick, den finder ud af, at grafenkapillærer enten krymper ved lav luftfugtighed eller bliver tilstoppet med vandmolekyler."

"Heliumgas er svær at stoppe. Den lækker langsomt selv gennem et millimetertykt vinduesglas, men vores ultratynde film blokerer det fuldstændigt. Samtidig vand fordamper uhindret gennem dem. Materialer kan ikke opføre sig fremmed, " kommenterer professor Geim. "Du kan ikke lade være med at spekulere på, hvad grafen ellers har i vente for os".

"Denne unikke egenskab kan bruges i situationer, hvor man skal fjerne vand fra en blanding eller en beholder, mens du holder alle de andre ingredienser i", siger Dr. Irina Grigorieva, som også deltog i forskningen.

"Bare for at grine, vi forseglede en flaske vodka med vores membraner og fandt ud af, at den destillerede opløsning blev stærkere og stærkere med tiden. Ingen af ​​os drikker vodka, men det var sjovt at lave eksperimentet", tilføjer Dr. Nair.

Manchester-forskerne rapporterer om dette eksperiment i deres Science paper, også, men de siger, at de ikke forestiller sig brug af grafen i destillerier, heller ikke give nogen umiddelbare ideer til applikationer.

Imidlertid, Professor Geim tilføjer:"Egenskaberne er så usædvanlige, at det er svært at forestille sig, at de ikke kan finde nogen anvendelse i design af filtrering, separations- eller barrieremembraner og til selektiv fjernelse af vand«.