Крошечные поры графена могут дать начало новым мембранам

Мембраны на основе графена способны фильтровать воду или отделять биологические образцы.

Многое было сделано благодаря исключительным качествам графена, от способности проводить высокую температуру и электричество лучше многих других материалов до беспрецедентной прочности. Работающий в композитных материалах, графен способен отражать пули лучше кевлара. Предыдущее исследование также показало, что графен относится к наиболее непроницаемым материалам, а потому может служить идеальной основой для преграждающих пленок.

Однако все же графен, возможно, не столь непроницаемый, как думали ученые. Разработав относительно большие мембраны из одинарных листов графена, выращенного методом химического парофазного осаждения, ученые из Массачусетского технологического университета, Окриджской национальной лаборатории и других научных учреждений установили, что материал обладает свойственными дефектами или отверстиями в атомной броне. В экспериментах ученые обнаружили, что небольшие молекулы, к примеру, соль, легко прошли сквозь крошечные поры графеновой мембраны, в то время как большие молекулы графен остановил.

Результаты, отметили ученые, указывают не столько на несовершенство графена, сколько на открывшийся потенциал его использования в качестве мембраны, способной фильтровать микроскопические загрязнители в воде или отделять определенные типы молекул от биологических образцов.

«Прежде никто не искал в графене отверстия», сказал доцент машиностроения Рохик Карник. „Существует множество химических методов, которые могут использоваться для модификации пор графена, а потому перед нами базовая технология для нового класса мембран“.

Результаты исследования опубликованы в издании ACS Nano.

Ученые намерены разработать мембрану площадью 25 квадратных миллиметров — большую с точки зрения графена, включающую септильон атомов углерода. Они использовали графен, синтезированный методом химического парофазного осаждения, основываясь на экспертизе группы доцента Чжина Кона. Затем ученые разработали технологии для перемещения графеновых листов на поликарбонатное основание, усеянное отверстиями.

Сразу после успешного перемещения графена исследователи начали экспериментировать с получившейся мембраной, пропуская через нее воду с молекулами разных размеров. Они предположили, что если бы графен действительно был непроницаем, молекулы не прошли бы сквозь него. Однако эксперименты показали, как молекулы соли прошли сквозь мембрану.

В ходе другого теста ученые подвергли медную фольгу с выращенным на ней слоем графена воздействию химического вещества, которое растворяет медь. Вместо того чтобы защитить металл, графен пропустил химический реагент, который разъел медное основание. Для проверки размера пор графена исследователи попытались профильтровать воду с большими молекулами, ни одна из которых не проникла сквозь мембрану, а это значит, что существует предельный размер графеновых пор.

В качестве заключительного эксперимента ученые наблюдали фактические отверстия в графеновой мембране, рассматривая материал через мощный электронный микроскоп. Было установлено, что размер пор колеблется от 1 до 12 нанометров.

„Улучшив наше понимание графена, мы сделали первый шаг к созданию мембран на его основе“, заключил Карник.

24.10.2012