石墨烯研究成果：石墨烯智能膜可以精确控制水流

曼彻斯特大学国家石墨烯研究所（NGI）实现了适合石墨烯的独特性质的膜功能开发，即通过控制膜控制水的流动。这项新的研究为开发智能膜技术开辟了一条途径，可以革新人工生物系统、组织工程和过滤技术领域。

曼彻斯特大学国家石墨烯研究所（NGI）的研究人员已经实现了一个长期追求的目标，即通过控制膜控制水的流动，如《自然》（“通过氧化石墨烯膜的电控制水渗透”）所报道的那样。

这是令人兴奋的和适合石墨烯的独特性质的膜功能开发最新进展。这项新的研究为开发智能膜技术开辟了一条途径，可以革新人工生物系统、组织工程和过滤技术领域。

石墨烯能够在处理液体和气体时形成可调谐的滤光器，甚至形成完美的屏障。新的“智能”膜是用廉价的石墨烯（石墨烯氧化物）开发出来的，它已经被证明可以通过使用电流精确控制水流。当需要时，膜甚至可以用来完全阻止水通过。

该小组由RahulNair教授领导，在电绝缘氧化石墨烯膜中嵌入导电丝。通过这些纳米丝的电流产生了一个大的电场，它电离水分子，从而控制通过膜中的石墨烯毛细管的水传输。

Nair教授说：“这项新的研究使我们能够精确地控制水的渗透，从超快渗透到完全阻塞。我们的工作为进一步开发智能膜技术开辟了一条途径。开发允许使用外部刺激对分子渗透进行精确和可逆控制的智能膜将对许多科学领域产生浓厚的兴趣，从物理和化学到生命科学。”

控制水是通过膜的电控制的实现是一个阶段性的变化，因为它与几个主要的刺激是电信号的生物过程相似。控制水运输是肾水保、体温调节和消化的关键。所报道的通过石墨烯膜的水传输的电控制因此在开发人造生物系统和用于各种应用的先进纳米流体装置方面开辟了一个新的维度。

在此之前，研究小组已经证明，氧化石墨烯膜可以用作去除海水中盐的筛，用于脱盐替代品。去年，他们还表明，这种膜可以去除威士忌中的色素，而不会影响其其他性能。

在石墨烯基膜的突破性研究中，安德烈·海姆教授和RahulNair教授最近获得了苏丹国王阿卜杜勒阿齐兹国际奖第八项奖。

长期以来，科学家一直试图通过使用外部刺激来控制水的流动，这是因为它对医疗保健和相关领域的重要性。目前，这种可调节膜仅限于对膜的润湿和受控离子传输的调制，而不限于水的受控质量流量。

本研究论文的作者说：“我们报道的石墨烯智能膜技术不仅仅局限于控制水的流动。相同的膜可以用作智能吸附剂或海绵。如果施加电流，即使在沙漠条件下，吸附在膜上的水也可以保留在膜中。我们可以通过切断电流来释放水。”

这项工作是与约克大学、沙希德-拉贾伊教师培训大学、伊朗和比利时安特卫普大学的科学家合作完成的。

石墨烯和相关的二维材料已经显示出开发新的应用的前景，以及增强当前用于诸如电子、复合材料、传感器和生物医学等领域的工艺。膜已经成为脱盐、气体分离和医疗保健的关键研究和发展主题。

曼彻斯特大学目前正准备正式开放60万英镑的石墨烯工程创新中心（GEIC），以补充现有的国家石墨烯研究所（NGI）。GEIC将提供工业放大膜和中试规模的测试能力。