近日，英國曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究所（NGI）的研究人員通過長期不懈的努力，實現(xiàn)了人們夢寐以求的一種通過電控制水流通的膜。這種膜最主要的材料就是石墨烯。該項研究成果發(fā)表在了近期的《Nature》上。這項新的研究為開發(fā)智能膜技術(shù)開辟了一條道路，并將為人工生物系統(tǒng)、組織工程和過濾領(lǐng)域帶來革命性的變革。

這種最新的令人興奮的膜的制備得益于石墨烯的獨特性質(zhì)。這項新的研究為開發(fā)智能膜技術(shù)開辟了一條道路，并將為人工生物系統(tǒng)、組織工程和過濾領(lǐng)域帶來革命性的變革。

石墨烯在處理液體和氣體時能夠形成可調(diào)節(jié)的過濾器，甚至是完美的屏障。用一種叫做石墨烯氧化物的廉價石墨烯開發(fā)的新型“智能”膜已經(jīng)被證明可以通過電流精確控制水的流動。這種膜甚至可以用來在需要時完全阻止水通過。

該研究小組由RahulNair教授領(lǐng)導(dǎo)，在絕緣石墨烯氧化物膜中嵌入導(dǎo)電絲。電流穿過這些納米細(xì)絲，產(chǎn)生一個很大的電場，使水分子電離，從而控制水通過薄膜中的石墨烯毛細(xì)血管的傳輸。

Nair教授說：“這項新的研究使我們能夠精確地控制水的滲透，從超快滲透到完全封閉。我們的工作為進(jìn)一步發(fā)展智能膜技術(shù)開辟了一條道路。

開發(fā)能夠利用外部刺激精確和可逆地控制分子滲透的智能膜，將引起許多科學(xué)領(lǐng)域的強(qiáng)烈興趣，從物理、化學(xué)到生命科學(xué)。

電控制水通過膜的流動是一個步驟，因為它與幾個主要刺激信號的生物過程相似，控水是保持腎臟水分、調(diào)節(jié)體溫和消化的關(guān)鍵，因此，電控制石墨烯膜的水傳輸為開發(fā)人工生物系統(tǒng)和先進(jìn)的納米流體裝置開辟了一個新的領(lǐng)域。

此前，研究小組已經(jīng)證明，石墨烯氧化物膜可以作為海水中鹽的去除劑，用于海水淡化。去年，研究小組還證明，這種膜可以在不影響其它性能的情況下去除威士忌中的色素。

由于石墨烯類膜的突破性研究，安德烈·蓋姆教授和拉胡爾·奈爾教授獲得了蘇丹·本·阿卜杜拉齊茲王子第八屆國際水獎。

長期以來，由于外刺激對醫(yī)療保健及相關(guān)領(lǐng)域的重要性，科學(xué)家們一直試圖通過外部刺激來控制膜的水分流動。目前，這種可調(diào)膜僅限于調(diào)節(jié)膜的潤濕和控制離子傳輸，而不是控制水的質(zhì)量流動。

這篇研究論文的主要作者周凱歌博士說：“報道的石墨烯智能膜技術(shù)不僅限于控制水流。同樣的膜可以用作智能吸附劑或海綿。如果應(yīng)用電流，即使在沙漠條件下，膜上吸附的水也可以保存。我們可以通過關(guān)閉電流來根據(jù)需要釋放這種水。”

第二位作者Vasu博士評論說：“我們的工作不僅為石墨烯膜開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域，而且使我們能夠理解電場對承壓水納米級性能的影響。盡管有許多相互矛盾的理論預(yù)測，從水分子的凍結(jié)到電場作用下的冰的融化，我們的實驗證據(jù)都是錯誤的，能使水離子進(jìn)入其組成離子。”

這項工作是與約克大學(xué)、伊朗的沙希德-拉賈伊教師培訓(xùn)大學(xué)、比利時安特衛(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)備正式開設(shè)耗資6000萬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)。

湖南國盛石墨科技有限國盛先后建立全球領(lǐng)先的石墨烯應(yīng)用研發(fā)基地，整合清華大學(xué)、中南大學(xué)及英國、日本等在石墨烯領(lǐng)域具突出貢獻(xiàn)的數(shù)十位國際知名專家技術(shù)資源，同時與因發(fā)現(xiàn)石墨烯而獲得諾貝爾獎的英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家達(dá)成合作意向，借助曼大在石墨烯全球行業(yè)中的地位與貢獻(xiàn)，在石墨烯的技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用占據(jù)全球行業(yè)制高點，積極進(jìn)軍全球石墨烯應(yīng)用市場。目前，公司旗下已擁有自主專利300余項，國際專利8項，且每年將有100余項國內(nèi)外專利的申請授權(quán)，同時，公司還獲邀參與制訂石墨行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)，并積極參與石墨烯聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的制訂。