中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授吳恒安、博士王奉超與諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)安德烈·海姆教授課題組合作，近期在石墨烯材料研究方面取得突破，有望實(shí)現(xiàn)海水的迅速淡化與凈化。
石墨烯以獨(dú)特的力學(xué)和電學(xué)特性被稱為“神奇材料”，但其與水的相互作用卻讓人困惑：石墨烯表面排斥水，但浸入到水中的石墨烯薄膜毛細(xì)通道卻允許水快速滲透。
中國(guó)科技大學(xué)近代力學(xué)系教授吳恒安與英國(guó)曼徹斯特大學(xué)學(xué)者長(zhǎng)期合作研究，最新發(fā)現(xiàn)表明，水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜與水相互作用后，會(huì)形成約0.9納米寬的毛細(xì)通道，允許直徑更小的離子或分子快速通過(guò)，而直徑大于0.9納米的離子被完全阻隔。也就是說(shuō)，氧化石墨烯薄膜具有“快速精密篩選離子”的性能。
吳恒安教授課題組采用理論分析和分子模擬方法，研究了石墨烯納米通道快速過(guò)濾離子的機(jī)理。他們的計(jì)算機(jī)模擬研究表明，石墨烯與離子之間的相互作用使離子在納米通道中聚集，從而促進(jìn)了離子的快速擴(kuò)散。這一發(fā)現(xiàn)合理解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也被稱為“離子海綿效應(yīng)”。
專家稱，如果通過(guò)機(jī)械手段進(jìn)一步壓縮薄膜中的毛細(xì)通道尺寸，將能高效率地過(guò)濾海水中的鹽分。這意味著制造一個(gè)幾分鐘內(nèi)可將一杯海水淡化成飲用水的過(guò)濾裝置，有望成為現(xiàn)實(shí)。
日前，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》刊登了這項(xiàng)研究成果，并展望評(píng)述認(rèn)為，氧化石墨烯薄膜在眾多分離應(yīng)用中具有重要意義，比如在海水淡化與凈化、傳感技術(shù)以及能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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