工程师如何修复一个原子厚度的石墨烯过滤膜

2015-5-20 09:45| 发布者: 高华华| 查看: 1985| 评论: 0|原作者: 王培德|来自: 研发埠

摘要: 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。 ... ...

石墨烯过滤膜 , 修复

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。

       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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