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石墨烯具有卓越的品质,从比其他任何材料更好

日期:2019-04-16

 

但这些材料可能并不像科学家们所想的那样难以穿透。通过化学气相沉积生长的单片石墨烯设计相对较大的膜,麻省理工学院,橡树岭国家实验室(ORNL)和其他地方的研究人员发现,该材料具有内在缺陷,或其原子大小的装甲孔。在实验中,研究人员发现像盐这样的小分子很容易通过石墨烯膜的微小孔隙,而广东11选5平台开户网址较大的分子则无法穿透。

研究人员表示,研究结果并未指出石墨烯存在缺陷,而是指出有希望应用的可能性,例如从水中过滤微观污染物的膜,或从生物样品中分离出特定类型的分子。

麻省理工学院机械工程副教授Rohit Karnik说:“之前没有人在寻找石墨烯的漏洞。” “有许多化学方法可用于修饰这些孔隙,因此它是一种新型膜广东11选5平台开户网址 的平台技术。”

卡尼克及其同事,包括印度理工学院和法赫德国王石油矿产大学的研究人员,已将他们的研究成果发表在ACS Nano杂志上。

Karnik与麻省理工学院的研究生Sean O'Hern一起寻找材料“这不仅可以导致增量变化,而且可以实现膜运行方式的大幅飞跃。”特别是,团队围绕着具有两个关键属性的材料,高通量和可调广东11选5平台开户网址性:即快速过滤流体的膜,但也很容易定制,以便在捕获其他分子时让某些分子通过。该小组选择了石墨烯,部分原因在于其极薄的结构和强度:一片石墨烯与单个原子一样薄,但强度足以让大量流体通过而不会切碎。

该团队开始设计一个跨度为25平方毫米的薄膜 - 一个表面积很大的石墨烯标准,含有大约一千万亿个碳原子。他们使用了化学气相沉积合成的石墨烯,借鉴了麻广东11选5平台开户网址省理工学院电子工程ITT职业发展副教授Jing Kong研究小组的专业知识。然后,该团队开发了将石墨烯片转移到点缀有孔的聚碳酸酯基板上的技术。

一旦研究人员成功转移了石墨烯,他们就开始对所得到的膜进行实验,将其暴露在含有不同大小分子的流动水中。他们推测,如果石墨烯确实是不可渗透的,那么分子就会被阻止流过。然而,实验表明,研究人员观察到盐流过膜。

作为另一项测试,该团队将生长在其上的石墨烯铜箔暴露在溶解铜的化学试剂中。石墨烯不是保护金属,而是让药剂通过,腐蚀下面的铜。为了测试石墨烯内孔的大小,该小组试图用较大的分子过滤水。似乎孔的大小有限,因为较大的分子不能通过膜。

作为最后的实验,Karnik和O'Hern观察了石墨烯膜上的实际孔洞,通过ORNL的高功率电子显微镜与Juan-Carlos 广东11选5平台开户网址Idrobo合作观察材料。他们发现,毛孔的大小范围从1到12纳米 - 只要足够宽,可以选择性地让一些小分子通过。

“现在我们从这个特征中了解石墨烯的行为,以及它具有什么样的内在孔隙,”卡尼克说。“从某种意义上说,这是实际实现基于石墨烯的膜的广东11选5平台开户网址第一步。”

Karnik补充说,这种膜的近期应用可能包括便携式传感器,其中一层石墨烯“可以保护传感器免受环境影响”,只允许通过感兴趣的分子或污染物。另一种用途可以是药物递送,其中石墨烯点缀有确定大小的孔,以受控释放的方式递送治疗。

“我们现在正在将更多的石墨烯转移到不同的基板上并制造我们自己的孔,为水过滤制作一个可行的膜广东11选5平台开户网址,”O'Hern说。

科罗拉多大学机械工程助理教授斯科特·波恩(Scott Bunch)表示,该研究小组的结果是石墨烯首次出现缺陷的证据。由该组开发的膜“具有成为革命性膜的潜力”,其在分子尺度上分离颗粒。

“现在需要解决的问题是人们是否可以区分较小的分子,”Bunch说。“一旦发生这种情况,石墨烯膜将最终实现他们所承诺的真正卓越的性能。”