工程师如何修复一个原子厚度的石墨烯过滤膜

科研人员研发出了一种用于过滤杂质的超薄过滤膜,该过滤膜的主要成分石墨烯在过滤过程中起着至关重要的作用。这种过滤膜存在的唯一问题是,只有一个原子厚度的超薄过滤膜经常会出现制造缺陷,进而导致泄露。

科研人员研发出了一种用于过滤杂质的超薄过滤膜,该过滤膜的主要成分石墨烯在过滤过程中起着至关重要的作用。这种过滤膜存在的唯一问题是,只有一个原子厚度的超薄过滤膜经常会出现制造缺陷,进而导致泄露。

不过还好,工程师们已经找到了修补裂缝和孔隙的方法,即使用化学沉积和聚合技术对泄露处进行填补。

工程师如何修复一个原子厚度的石墨烯过滤膜

化学沉积技术主要是针对较小的内在缺陷。使用原子层沉积流程进行处理,工程师团队将石墨烯放置在真空室中,利用含铪物质对过滤膜进行脉冲处理,该物质一般情况不与石墨烯发生反应。

利用这项技术,化学物质会固结在石墨烯的泄露处,使其表面局部能量提高。

经过几轮原子层沉积后,氧化铪就可以将石墨烯超薄过滤膜的缺陷和缝隙完全填补好。

但该团队发现,这一解决方案带来了一个新的问题,整个填补过程相当耗时。

第二种修复技术利用了“界面聚合法”,该方法经常应用于膜的合成。使用水和有机溶剂两种互不相溶的溶液,将待合成的膜放置在两种溶液的分界面处进行修复。

两种方案中,该工程师团队均利用两种不同的分子进行溶解,相互反应生成尼龙,在孔隙与裂缝处,让两种分子接触发生反应,形成尼龙,对缺陷处作密封处理。

针对上述使用密封方法修复的薄膜,下一步工作是确保修复后的过滤膜仍然可以起到过滤作用。

为此,早在一年前该团队就采用自己研发的技术制造出了弱腐蚀性,孔隙均匀的石墨烯该过滤膜可以小到过滤水分子的目的。

修复后的过滤膜实验项目包括对几种含不同杂质(包括盐分)类型的水质进行过滤测试。实验结果表明修复后的过滤膜可以滤除高达90%的杂质,不足的是,过滤膜对盐分的过滤速度大于对水的过滤速度。

MIT大学机械工程系副教授Rohit Karnik表示,初步测试表明,石墨烯是一种可行的过滤膜替代材料,但对缝隙缺陷的处理技术以及控制其渗透性的技术需要进一步改进。

“超薄过滤膜在海水淡化和纳米过滤方面应用广泛,如果上述技术可以实现,并能满足实际工程测试的要求,将会产生重大的影响。同时我们也可以将其应用到精细化学或生物样品的处理过程中,超薄过滤膜在这些处理过程中起着很重要的作用。这是首份关于厘米级石墨烯过滤膜的报告,此前还没有报告提到过分子过滤膜,这真令人兴奋。”

该工作由MIT的橡树岭国家实验室与King Fahd University of Petroleum and Minerals(KFUPM)组成的研究小组共同承担,其研究结果已经发表在Nano Letters期刊上。

原文链接:http://www.engineering.com/DesignerEdge/DesignerEdgeArticles/ArticleID/10088/How-Engineers-Repaired-One-Atom-Thick-Graphene-Filters.aspx

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