Графеновые фильтры нового поколения: молекулы не пройдут

Что если обычный лист графена можно сложить, как бумажную гармошку, — и получить мощнейший фильтр для воды? Американские учёные нашли способ, как это сделать просто и эффективно.

Почему обычные графеновые фильтры не идеальны

Графен — это ультратонкий материал, состоящий из одного слоя атомов углерода. Его давно рассматривают как перспективную основу для фильтров: в стопке графеновых листов образуются наноразмерные каналы, пропускающие молекулы воды и задерживающие загрязнения.

Однако у традиционных конструкций есть минус — вода движется через них слишком сложным, "извилистым" путём. Это снижает эффективность фильтрации и требует дополнительных затрат энергии на прокачку жидкости.

Необычное решение — вертикальные поры

Команда из Университета Брауна под руководством Роберта Хёрта предложила иной подход. Вместо горизонтальных каналов — вертикальные. Для этого исследователи использовали простую, но гениальную методику.

Сначала они натянули эластичную подложку и покрыли её слоями графена. После снятия натяжения подложка сжалась, а графен сложился гармошкой, образуя острые вертикальные складки. Чтобы зафиксировать форму, конструкцию залили эпоксидной смолой, а затем срезали острые края — так открылись прямые нано-каналы, перпендикулярные поверхности.

Только молекулы воды проходят

"Мы получили мембрану с короткими и узкими порами, которые пропускают лишь очень маленькие молекулы", — объясняет профессор Хёрт. — "Вода проходит свободно, а вот органические загрязнители и ионы металлов оказываются слишком большими".

Как работают новые фильтры

Такие структуры получили название VAGME — vertically aligned graphene membranes. Учёные уже успешно протестировали их: водяной пар, смешанный с молекулами гексана, свободно проходил через фильтр, тогда как гексан — задерживался.

Теперь задача — довести технологию до коммерческого применения. Графеновые "гармошки" могут стать ключом к новому уровню очистки воды.

Уточнения

Графе́н (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом.