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- 發(fā)布時間2018-07-02 10:06
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曼徹斯特大學國家石墨烯研究所（NGI）的研究人員已經(jīng)實現(xiàn)了一個長期追求的目標，即通過控制膜控制水的流動，如《自然》（“通過氧化石墨烯膜的電控制水滲透”）所報道的那樣。
這是令人興奮的和適合石墨烯的獨特性質(zhì)的膜功能開發(fā)最新進展。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)、組織工程和過濾技術(shù)領域。
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教授領導，在電絕緣氧化石墨烯膜中嵌入導電絲。通過這些納米絲的電流產(chǎn)生了一個大的電場，它電離水分子，從而控制通過膜中的石墨烯毛細管的水傳輸。
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。我們的工作為進一步開發(fā)智能膜技術(shù)開辟了一條途徑。開發(fā)允許使用外部刺激對分子滲透進行精確和可逆控制的智能膜將對許多科學領域產(chǎn)生濃厚的興趣，從物理和化學到生命科學。”
控制水是通過膜的電控制的實現(xiàn)是一個階段性的變化，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)和消化的關鍵。所報道的通過石墨烯膜的水傳輸?shù)碾娍刂埔虼嗽陂_發(fā)人造生物系統(tǒng)和用于各種應用的先進納米流體裝置方面開辟了一個新的維度。
在此之前，研究小組已經(jīng)證明，氧化石墨烯膜可以用作去除海水中鹽的篩，用于脫鹽替代品。去年，他們還表明，這種膜可以去除威士忌中的色素，而不會影響其其他性能。
在石墨烯基膜的突破性研究中，安德烈·海姆教授和Rahul Nair教授最近獲得了蘇丹國王阿卜杜勒阿齊茲國際獎第八項獎。
長期以來，科學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)療保健和相關領域的重要性。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，而不限于水的受控質(zhì)量流量。
本研究論文的作者說：“我們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。我們可以通過切斷電流來釋放水。”
這項工作是與約克大學、沙希德-拉賈伊教師培訓大學、伊朗和比利時安特衛(wèi)普大學的科學家合作完成的。
石墨烯和相關的二維材料已經(jīng)顯示出開發(fā)新的應用的前景，以及增強當前用于諸如電子、復合材料、傳感器和生物醫(yī)學等領域的工藝。膜已經(jīng)成為脫鹽、氣體分離和醫(yī)療保健的關鍵研究和發(fā)展主題。
曼徹斯特大學目前正準備正式開放60萬英鎊的石墨烯工程創(chuàng)新中心（GEIC），以補充現(xiàn)有的國家石墨烯研究所（NGI）。GEIC將提供工業(yè)放大膜和中試規(guī)模的測試能力。
