在許多基于膜的工業(yè)過(guò)程中，水流速度是一個(gè)限制因素，包括海水淡化、分子分離和滲透發(fā)電。

曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究所(NGI) 的研究人員在Nature Communications 上發(fā)表了一項(xiàng)研究，表明當(dāng)水通過(guò)由石墨烯制成的納米級(jí)毛細(xì)管時(shí)，摩擦力會(huì)急劇下降，而六方氮化硼 (hBN) 的摩擦力則與之類似。石墨烯的表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)，顯示出高摩擦。

該團(tuán)隊(duì)還證明，可以通過(guò)用石墨烯覆蓋高摩擦力 hBN 通道來(lái)選擇性地控制水流速度，從而大大提高所謂的“智能膜”的滲透率和效率。

快速和選擇性的流體流動(dòng)在自然界中很常見(jiàn)——例如，在稱為水通道蛋白的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，它在動(dòng)物和植物的細(xì)胞之間運(yùn)輸水。然而，快速水流穿過(guò)原子平面的精確機(jī)制尚不完全清楚。

由Radha Boya 教授領(lǐng)導(dǎo)的曼徹斯特團(tuán)隊(duì)的調(diào)查表明，與普遍認(rèn)為所有疏水的原子平面應(yīng)為水流提供很小摩擦的觀點(diǎn)相反，實(shí)際上摩擦主要由之間的靜電相互作用控制。流動(dòng)的分子及其限制面。

該研究的第一作者Ashok Keerthi 博士說(shuō)，雖然 hBN 具有與石墨烯和二硫化鉬相似的水‘潤(rùn)濕性’，但令我們驚訝的是，水的流動(dòng)完全不同。有趣的是，粗糙的石墨烯表面幾乎沒(méi)有埃深的凹痕/階地，或原子波紋狀的二硫化鉬表面，不會(huì)阻礙納米通道中的水流。

因此，原子級(jí)光滑的表面并不是石墨烯上無(wú)摩擦水流的唯一原因。相反，流動(dòng)的水分子和受限的二維材料之間的相互作用在將摩擦傳遞給納米通道內(nèi)的流體傳輸方面起著至關(guān)重要的作用。

博雅教授表示，我們已經(jīng)證明，出口處覆蓋有石墨烯的納米通道顯示出增強(qiáng)的水流。這對(duì)于增加來(lái)自膜的水通量非常有用，尤其是在涉及蒸發(fā)的那些過(guò)程中，例如蒸餾或熱脫鹽。

了解液體摩擦和與孔隙材料的相互作用對(duì)于開(kāi)發(fā)用于儲(chǔ)能和海水淡化等應(yīng)用的高效膜至關(guān)重要。

這項(xiàng)最新研究增加了NGI 研究人員越來(lái)越有影響力的工作，因?yàn)槁鼜厮固仂柟塘似湓诩{米流體研究前沿的地位，以改善廢水處理、制藥生產(chǎn)和食品飲料等行業(yè)的工業(yè)應(yīng)用。

該研究的合著者（從左到右）：Yi You、Solleti Goutham、Radha Boya 和 Ashok Keerthi