Графенът продължава да ни впечатлява със своята сила и гъвкавост – за него се откриват непрекъснато нови вълнуващи приложения и сега учените са намерили начин да манипулират чудодейния материал, така че да може по-добре да филтрира примесите във водата.
Двуизмерният материал, съставен от въглеродни атоми, е изучаван като начин за почистване на водата преди, но новият метод може да предложи най-обещаващия подход досега. Всичко се свежда до експлоатацията на така наречените пропуски на Ван дер Ваалс: малките пространства, които се появяват между 2D наноматериалите, когато са наслоени един върху друг.
Тези наноканали могат да се използват по различни начини, които учените изследват сега, но тънкостта на графена създава проблем за филтриране: течността трябва да прекарва голяма част от времето си в пътуване по хоризонтална равнина, а не по вертикална, което би било много по-бързо.
За да реши този проблем, екипът зад ново проучване използва еластичен субстрат, за да смачка графеновия слой в микроскопична поредица от върхове и долини. Това означава, че течността може да се спуска надолу, отстрани на върха, вертикално, вместо да се разхожда през отворените равнини хоризонтално (всички в наномащаб, разбира се).
„Ако набръчкате графена достатъчно, каналите в крайна сметка се подравняват почти вертикално.“, казва ученият по материали, Мучун Лиу, от Масачузетския технологичен институт (MIT).
За да завърши ефектът, графенът и субстратът се фиксират в епоксидно вещество, преди да се отрежат върховете на върховете и дъната на долините. Това дава на течността по-бърз път през графена, като същевременно позволява филтриране.
Лиу и нейните колеги дават на новите материали наименованието VAGME (вертикално подравнени графенови мембрани) и като те биха могли да намерят приложения, далеч отвъд това да направят водата безопасна за пиене.
„Това, с което се получи, е мембрана с къси и много тесни канали, през които могат да преминават само много малки молекули“, казва химическият инженер Робърт Хърт от университета Браун.
„Така например, водата може да премине, но органичните замърсители или някои метални йони биха били твърде големи, за да преминат. Така че можете да ги филтрирате.“
Следващата стъпка ще бъде да се приложи това на практика и да се разработи практична система за филтриране, но теорията е здрава. Материалът преминава един от първите си тестове, като позволява на водната пара да тече, като същевременно улавя по-големите молекули хексан.
В крайна сметка тези VAGME могат да намерят приложение в индустриални или битови филтриращи системи, казват учените – това е само един, от многото обещаващи начини графенът да бъде използван в различни научни области.
Що се отнася до наноканалите, които работят между супер тънки 2D материали като графен, тук също има много потенциал, според експертите. Колкото по-отблизо учените разглеждат тези наноматериали, толкова повече те откриват.
„През последното десетилетие се появи цяла област за изследване на тези пространства, които се образуват между 2D наноматериали“, казва Хърт.
„Можете да отглеждате неща там, можете да съхранявате неща там и има нововъзникващото поле на нанофлуидите, където използвате тези канали, за да филтрирате някои молекули, докато оставяте други да преминават.“
Изследването е публикувано в Nature Communications .
