Странный роман графена с водой
Одним из малоизвестных свойств чудо-материала графена являются его странные отношения с водой. Вообще он отличается гидрофобностью (отталкивает воду), но узкие графеновые капилляры способны ее всасывать – только если слой воды по толщине не больше одного атома (как и сам графен). Ученые и инженеры давно ломают голову над тем, как применить это свойство в новых технологиях фильтрации и опреснения воды.
Одноатомные графеновые капилляры можно легко и быстро изготовить из нескольких слоев оксида графена – получаются многослойные «штабеля», структура которых напоминает перламутр (кроме того, они отличаются прочностью).
Два года назад манчестерские исследователи обнаружили, что тонкие мембраны из такого слоистого материала (ламината) не пропускают никакие газы и пары – только воду. Даже гелий, самый «пронырливый» газ в мире, не пройдет сквозь мембраны – а вода протекает совершенно свободно.
Наконец, та же исследовательская группа, во главе с доктором Рахулем Наиром (Rahul Nair) и профессором Андреем Геймом испытала, насколько хорошо графеновые мембраны фильтруют жидкую воду.
При погружении в воду ламинаты слегка разбухают, но всё равно позволяют целым двум одноатомным слоям воды быстро протекать сквозь них. Фильтр пропускает соли размером не больше девяти ангстремов (более крупные ионы и молекулы блокируются). 10 ангстремов эквивалентны одной миллиардной части метра. Сверхточная «решетка» графеновых фильтров позволяет им отличать одни атомы от других. Кроме точности, этот процесс сепарации отличается еще и быстротой – ионы проходят сквозь фильтры с такой скоростью, как будто графеновые мембраны – это обычный кофейный фильтр.
Последнее свойство – последствие того, что исследователи назвали «ионным вспениванием». Графеновые капилляры всасывают крошечные ионы, подобно мощным пылесосам, создавая на фильтрах концентрацию солей в сотни раз большую, чем в очищаемой воде.
Сейчас ученые планируют уменьшить размер мембранных сот, чтобы те собирали самые маленькие атомы солей (меньше 9 ангстремов).
«Наша конечная цель – создать устройство фильтрации, получающее стакан питьевой воды из морской за две-три минуты ручного выкачивания. Над этим еще предстоит поработать, но это уже не фантастика», - замечает соавтор исследования доктор Ирина Григорьева.
Исследование представлено в журнале Science.
По материалам пресс-релиза университета.
Артём Космарский nauka21vek.ru