Graphenes elsker affære med vand

Graphene har bevist sig selv som et vidundermateriale med en lang række unikke egenskaber. Blandt de mindst kendte vidundere med grafen er dets mærkelige kærlighedsaffære med vand.

Graphen er hydrofob - det afviser vand - men smalle kapillærer fremstillet af grafen suger kraftigt vand ind, hvilket tillader dets hurtige gennemtrængning, hvis vandlaget kun er et atom tykt - det vil sige så tynd som selve grafen.

Denne bizarre ejendom har tiltrukket intens akademisk og industriel interesse med det formål at udvikle nye vandfiltrering og afsaltningsteknologier.

Et-atom-brede grafenkapillærer kan nu laves let og billigt ved at lægge lag af grafenoxid-et derivat af grafen-oven på hinanden. De resulterende flerlagsstakke (laminater) har en struktur, der ligner nacre (perlemor), hvilket gør dem også mekanisk stærke.

To år siden, Forskere ved University of Manchester opdagede, at tynde membraner fremstillet af sådanne laminater var uigennemtrængelige for alle gasser og dampe, bortset fra vand. Det betyder, at selv helium, den sværeste gas at blokere, kan ikke passere gennem membranerne, hvorimod vanddamp gik igennem uden modstand.

Nu har det samme team ledet af dr. Rahul Nair og prof. Andre Geim testet, hvor gode grafenmembranerne er som filtre til flydende vand. Resultaterne vises i det seneste nummer (14. feb. 2014) af Videnskab .

Forskerne rapporterer, at hvis den er nedsænket i vand, laminaterne bliver let hævede, men tillader stadig ultrahurtig strømning af ikke ét, men to monolag vand.

Små salte med en størrelse på mindre end ni Ångstrømme kan strømme langs, men større ioner eller molekyler blokeres. Ti Ångstrøm svarer til en milliarddel af en meter.

Grafenfiltrene har et forbavsende præcist net, der giver dem mulighed for at skelne mellem atomarter, der kun er få procent forskellige i størrelse.

Oven på denne ultrapræcise adskillelse, den er også ultrahurtig. De ioner, der kan gå igennem, gør det med en sådan hastighed, som om grafenmembranerne var et almindeligt kaffefilter.

Den sidste effekt skyldes en egenskab, som Manchester -forskerne kalder "ion -svamp". Deres grafenkapillærer suger små ioner op som kraftige hoovers, der fører til interne koncentrationer, der kan være hundredvis af gange højere end i eksterne saltopløsninger.

Dr Nair sagde:"Vandfiltrering er så hurtig og så præcis, som man muligvis kunne håbe på så smalle kapillærer. Nu vil vi kontrollere grafen -maskestørrelsen og reducere den til under ni Ångstrømme for at filtrere selv de mindste salte som i havvand. Vores arbejde viser, at det er muligt. "

Dr. Irina Grigorieva, medforfatter af undersøgelsen, tilføjede:"Vores ultimative mål er at lave en filterenhed, der tillader et glas drikkebart vand fremstillet af havvand efter et par minutters håndpumpning. Vi er der ikke endnu, men det er ikke længere science fiction".