Когда листы двумерных наноматериалов, таких как графен, укладываются друг на друга, между листами образуются крошечные промежутки, которые имеют множество потенциальных применений. В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, группа исследователей из Университета Брауна описывает свой способ сориентировать эти промежутки таким образом, чтобы применить их для фильтрации воды и других жидкостей от загрязняющих частиц наноразмеров, сообщает пресс-служба вуза.

Промежутки между листами графена, о которых идет речь, называются наноканалами. На самом деле для фильтрации воды их сложно использовать – из-за расположения наноканалов. Представьте себе записную книжку, в которой вместо листов бумаги – листы графена. Они тоньше в вертикальном направлении по сравнению с длиной и шириной в горизонтальной плоскости.

Это означает, что каналы между листами также ориентированы горизонтально, что не идеально подходит для фильтрации: жидкость должна пройти относительно долгий путь, чтобы добраться от одного конца канала до другого. Было бы лучше, если бы каналы были перпендикулярны ориентации листов. В этом случае жидкость должна будет пройти только относительно тонкую вертикальную высоту стопки.

Ученые из Университета Брауна нашли способ сделать эти наноканалы вертикальными. Их метод заключается в наложении листов графена на эластичную подложку, которую растягивают. После того, как все листы уложены, натяжение основы снимается – и она сжимается. Когда это происходит, графен собирается в гармошку, образуя подъемы и впадины, а каналы при этом наклоняются.

Как только каналы становятся почти вертикальными, сборка покрывается эпоксидной смолой, а затем верхняя и нижняя части обрезаются, что открывает каналы на всем протяжении материала. Свою мембрану ученые назвали VAGME (вертикально ориентированная графеновая мембрана).

«В результате мы получаем мембрану с короткими и очень узкими каналами, через которые могут проходить только очень маленькие молекулы, – отметили автора работы. – Так, например, вода может проходить, но органические частицы или ионы некоторых металлов будут слишком большими, чтобы пройти через них. Так что вы можете их отфильтровать».

Тестирование мембраны показало, что водяной пар может легко просачиваться через VAGME, а гексан – более крупная органическая молекула – отфильтровывается. Исследователи планируют продолжить разработку технологии с учетом возможных промышленных или бытовых применений фильтрации.