Разработан инновационный способ создания графеновых структур с нанопорами, способных задерживать загрязнения.
Структуры из графена, состоящие из одноатомных слоев углерода, постепенно начинают находить практическое применение, в частности для очистки воды. Для этого используют «стопки» графеновых плоскостей, узкое пространство между которыми образует нанопоры, пропускающие молекулы воды и задерживающие загрязнения. Однако получается, что жидкость движется извилистым сложным путем, затрудняя весь процесс и повышая затраты на прокачивание воды через фильтры.
Ученые из Университета Брауна под руководством профессора Роберта Хёрта разработали более эффективные графеновые фильтры с «вертикальными» нанопорами. Для этого исследователи предложили складывать углеродные листы в виде гармошки. Результаты их работы опубликованы в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Чтобы получить слои графена с характерными складками, авторы сначала растягивали эластичную подложку, а затем снимали натяжение. При этом, возвращаясь к исходной форме, подложка вызывала образование множества острых складок в графене, причем при значительной степени предварительного растяжения эти складки становились почти вертикальными. Полученную структуру фиксировали в эпоксидной смоле, после чего острые углы графеновой гармошки были удалены, что привело к образованию наноразмерных каналов, расположенных перпендикулярно плоскости листа.
«Нам удалось создать мембрану с мелкими и узкими порами, через которые могут проходить только молекулы малого размера, — говорит профессор Хёрт. — Например, вода пройдет, но органические загрязнители и многие металлические ионы уже слишком велики и будут отфильтровываться».
Ученые дали этим структурам название «вертикально ориентированные графеновые мембраны», сокращенно VAGME (vertically aligned graphene membranes), и подтвердили их работоспособность в ходе эксперимента. Водяной пар, содержащий молекулы гексана, пропускали через эти фильтры, где они успешно задерживались. Разработчики намерены продолжить исследования с целью создания коммерческих продуктов, основанных на их технологии.