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- 發(fā)布時(shí)間2018-07-02 10:06
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曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究所（NGI）的研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)長期追求的目標(biāo)，即通過控制膜控制水的流動(dòng)，如《自然》（“通過氧化石墨烯膜的電控制水滲透”）所報(bào)道的那樣。
這是令人興奮的和適合石墨烯的獨(dú)特性質(zhì)的膜功能開發(fā)最新進(jìn)展。這項(xiàng)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(lǐng)域。
石墨烯能夠在處理液體和氣體時(shí)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(jià)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(dāng)需要時(shí)，膜甚至可以用來完全阻止水通過。
該小組由Rahul Nair教授領(lǐng)導(dǎo)，在電絕緣氧化石墨烯膜中嵌入導(dǎo)電絲。通過這些納米絲的電流產(chǎn)生了一個(gè)大的電場，它電離水分子，從而控制通過膜中的石墨烯毛細(xì)管的水傳輸。
Nair教授說：“這項(xiàng)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(jìn)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(jìn)行精確和可逆控制的智能膜將對許多科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生濃厚的興趣，從物理和化學(xué)到生命科學(xué)。”
控制水是通過膜的電控制的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)階段性的變化，因?yàn)樗c幾個(gè)主要的刺激是電信號的生物過程相似。控制水運(yùn)輸是腎水保、體溫調(diào)節(jié)和消化的關(guān)鍵。所報(bào)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(yīng)用的先進(jìn)納米流體裝置方面開辟了一個(gè)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(jiǎng)第八項(xiàng)獎(jiǎng)。
長期以來，科學(xué)家一直試圖通過使用外部刺激來控制水的流動(dòng)，這是因?yàn)樗鼘︶t(yī)療保健和相關(guān)領(lǐng)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(bào)道的石墨烯智能膜技術(shù)不僅僅局限于控制水的流動(dòng)。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(xiàng)工作是與約克大學(xué)、沙希德-拉賈伊教師培訓(xùn)大學(xué)、伊朗和比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)的科學(xué)家合作完成的。
石墨烯和相關(guān)的二維材料已經(jīng)顯示出開發(fā)新的應(yīng)用的前景，以及增強(qiáng)當(dāng)前用于諸如電子、復(fù)合材料、傳感器和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的工藝。膜已經(jīng)成為脫鹽、氣體分離和醫(yī)療保健的關(guān)鍵研究和發(fā)展主題。
曼徹斯特大學(xué)目前正準(zhǔn)備正式開放60萬英鎊的石墨烯工程創(chuàng)新中心（GEIC），以補(bǔ)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。
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