Aktualności

Elektrycznie kontrolowany przepływ wody dzięki tlenkowi grafenu

Zespół naukowców z National Graphene Institute w 
Manchester University, kierowany przez prof. Rahula Naira, wbudował przewodzące włókna w elektrycznie izolującą membranę tlenku grafenu. Prąd elektryczny przepływający przez te nanofilamenty wytworzył duże pole elektryczne, które jonizuje cząsteczki wody i kontroluje transport wody przez kapilary grafenowe w membranie.  Prace zostały wykonane we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu York, Shahid Rajaee Teacher Training University w Iranie oraz University of Antwerpen w Belgii.

Ich nowe badania pozwalają precyzyjnie kontrolować przenikanie
wody, od ultraszybkiego przenikania do całkowitego zablokowania. Praca opublikowana na łamach czasopisma Nature otwiera drogę do dalszego rozwoju inteligentnych technologii membranowych. Osiągnięcie elektrycznego sterowania przepływem wody przez membrany z tlenku grafenu uważa się za skokową zmianę ze względu na jego podobieństwo do kilku procesów biologicznych, w których głównymi bodźcami są sygnały elektryczne. Dotyczy to na przykład zachowania wody w nerkach, regulacji temperatury ciała czy trawienia. Pod tym kątem wykonywane są dalsze badania przez zespół.

Podstawą projektu było opracowanie inteligentnych membran, które umożliwią precyzyjną i odwracalną kontrolę przenikalności molekularnej cząsteczek wody za pomocą zewnętrznych bodźców. Obecnie membrany są ograniczone do modulacji zwilżania membran i kontrolowanego transportu jonów, ale nie kontrolowanego masowego przepływu wody. Zgłoszona w artykule elektryczna kontrola wody może pomóc w opracowaniu sztucznych systemów biologicznych i zaawansowanych urządzeń nanofluidycznych do różnych zastosowań. Technologia inteligentnej membrany grafenowej nie ogranicza się tylko do kontrolowania przepływu wody. Ta sama membrana może być używana jako inteligentny adsorbent lub gąbka.

Opisany w Nature problem nie tylko otwiera nowe zastosowania dla membran grafenowych, ale pozwala zrozumieć wpływ pola elektrycznego na właściwości nanoskali ograniczanej wody. Pomimo wielu sprzecznych przewidywań teoretycznych, od zamrożenia cząsteczek wody po topnienie lodu pod polem elektrycznym, brakowało eksperymentalnych dowodów na wpływ pola elektrycznego. Praca pokazuje, że duże pole elektryczne może jonizować wodę już w swoich jonach składowych. 

Źródło tekstowe: https://nano-magazine.com/news/2018/7/13/tuneable-graphene-oxide-membrane-offers-precise-control-of-water

Źródło grafiki: freeimages.com

Redaktor: Jagoda M. Wierzbicka

Podobne artykuły

Łukasz Majchrzycki, doktorant na Wydziale Fizyki Technicznej Politechniki Poznańskiej. Jego zainteresowania naukowe obejmują zastosowania tlenku grafenu oraz techniki mikroskopowe, w tym mikroskopię sił atomowych. Aktualnie pracuje w Wielkopolskim Centrum Zaawansowanych Technologii w Poznaniu. W 2015...
Do Śląskiego Klastra Nano dołączyła firma Nanopoz.  Zajmuje się ona produkcją tlenku grafenu. Nanomateriał oferowany jest w postaci wodnej zawiesiny płatków tlenku grafenu o dużych rozmiarach lateralnych z zakresu 5-30µm przy jednoczesnym zachowaniu...