石墨烯智能膜能够控制水流
曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的研究人员在《自然》杂志上报道，已经实现了通过膜电控制水流的长期目标。这是由于石墨烯独特性能的最新膜发展。这项新研究为开发智能膜技术打开了一条道路，并可能使人工生物系统、组织工程和过滤领域发生革命性变化。石墨烯可以在处理液体和气体时形成可调节的过滤器或完美隔离层。利用一种廉价的石墨烯形式——氧化石墨烯开发的新型“智能”膜已被证明可以通过使用电流精确控制水流。这些膜甚至可以在需要时完全阻止水经过。团队由拉胡尔·奈尔教授领导，在电绝缘状氧化石墨烯膜内嵌入了导电纤维。通过这些纳米纤维传导电流产生了一个大电场，使得水分子电离，从而控制了石墨烯毛细管中的水运输。奈尔教授表示：“这项新研究使我们能够精确控制水的透过量，从超快透过到完全封堵。我们的工作为进一步开发智能膜技术打开了一扇大门。”这项通过膜电控制水流的成就是一个突破，因为它类似于几种生物过程，其中主要刺激是电信号。受控的水输送对肾脏水分保留、体温调节和消化至关重要。
这项报道的通过石墨烯膜电控制水运输开辟了发展人造生物系统和先进纳流体器件的新视角。以前，该研究团队已经证明，氧化石墨烯膜可用作从海水中去除盐分的筛选器用于海水淡化替代方案。去年，他们还展示了这些膜可去除威士忌的色素，而不影响其其他性质。对于基于石墨烯膜的开创性研究，安德烈·盖姆教授和拉胡尔·奈尔教授获得了沙特王子苏丹·阿卜杜勒阿齐兹国际水奖。
长期以来，科学家一直试图通过外部刺激控制膜的水流，因为这对于医疗保健等领域至关重要。目前，这种可调节的膜仅限于调节膜的润湿和受控离子传输，而不是控制水的质量流。 研究论文的第一作者周凯格博士表示：“报道的石墨烯智能膜技术不仅仅局限于控制水流。相同的膜可以用作智能吸附剂或海绵。吸附在膜上的水即使在沙漠条件下也可被保留，只需施加电流即可。我们可以通过关闭电流来按需释放这些水。” 第二作者瓦苏博士评论说：“我们的工作不仅拓展了石墨烯膜的新应用，还让我们了解电场对纳米尺度受限水特性的影响。尽管许多理论预测出现了冲突，从水分子冰冻到在电场下融化，但实验证据表明电场效应一直缺乏。我们的研究表明，大的电场能将水电离为其组成的离子。”此项研究还与约克大学、伊朗沙希德·拉加阿教育学院和比利时安特卫普大学的科学家合作完成。石墨烯和相关的二维材料在开发新应用以及加强目前使用的各种领域如电子、复合材料、传感器和生物医学研究过程等方面已经显示出潜力。膜已经成为海水淡化、气体分离和医疗保健的重要研究和开发主题。曼彻斯特大学目前正在准备正式开放价值6000万英镑的石墨烯工程创新中心（GEIC）以补充现有国家石墨烯研究所（NGI）。GEIC将提供产业规模智能膜和中试规模测试能力。先进材料是曼彻斯特大学的研究闪耀点之一，该中心的研究重点是突破性发现、跨学科合作和跨部门合作，旨在解决地球面临的一些重大问题。#研究闪耀点分享此发布 进一步阅读”
