Симуляции показали возможность использования графена в роли ионного фильтра
Москва, 11:51, 27 Ноя 2018, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (НИСТ) провели симуляции, предполагающие, что графен, в дополнение к известным полезным свойствам, можно модифицировать специальными порами для превращения в настраиваемый фильтр для ионов в жидкости.
Концепция может сработать и с другими мембранными материалами и лечь в основу наномерных механических датчиков, систем доставки лекарств, устройств для очистки воды, ионных насосов и других полезных изделий, сообщает phys.org. Результаты исследования представлены в Nature Materials.
«Представьте себе нечто, вроде мелкого кухонного сита с сахаром, — сказал лидер проекта, Алекс Смоляницкий. – Вы растягиваете его так, чтобы каждое отверстие увеличилось на 1-2%. Предполагается, что поток частиц через них увеличится примерно так же. Но прирост составит 1000%. Думаю, эффект можно использовать во многих сферах».
Если удастся повторить результаты экспериментально, графеновая сетка станет первым искусственным ионным каналом с экспоненциальным ростом потока частиц при растягивании. Система позволит быстро разделять ионы, прокачивать их или точно контролировать соленость жидкости. Соавторы работы планируют провести лабораторные испытания.
В динамических симуляциях НИСТ использовались листы графена, размером 5,5-6,4 нм с маленькими отверстиями, окруженными атомами кислорода. Эти поры или крон-эфиры являются электрически нейтральными круговыми молекулами, способными захватывать металлические ионы. Прошлые симуляции НИСТ показали, что такой тип графеновой мембраны можно использовать в наножидкостных вычислениях.
В данном случае материал погружался в воду с хлоридом калия. Эта соль разделяется на ионы калия и хлора. Крон-эфиры могут захватывать первые частицы с положительным зарядом. Скорость процесса контролируется электричеством. Исследователи использовали ток разной мощности для стимуляции потока ионов через мембрану. Затем они симулировали разные типы ее растяжение. Расширение пор во всех направлениях обеспечило максимальное увеличение потока ионов. Этому поспособствовал ряд факторов, включая уменьшение толщины графена, взаимодействие частиц с окружающей жидкостью и отверстиями.
