Il grafene si è dimostrato un materiale meraviglioso con una vasta gamma di proprietà uniche. Tra le meraviglie meno conosciute del grafene c'è la sua strana storia d'amore con l'acqua.

Il grafene è idrofobo - respinge l'acqua - ma i capillari stretti fatti di grafene aspirano vigorosamente l'acqua permettendone una rapida permeazione, se lo strato d'acqua è spesso solo un atomo, cioè sottile come il grafene stesso.

Questa bizzarra proprietà ha attirato un intenso interesse accademico e industriale con l'intento di sviluppare nuove tecnologie di filtrazione e desalinizzazione dell'acqua.

I capillari di grafene larghi un atomo possono ora essere realizzati in modo semplice ed economico impilando strati di ossido di grafene, un derivato del grafene, uno sopra l'altro. Gli stack multistrato risultanti (laminati) hanno una struttura simile alla madreperla (madreperla), che li rende anche meccanicamente resistenti.

Due anni fa, I ricercatori dell'Università di Manchester hanno scoperto che le membrane sottili realizzate con tali laminati erano impermeabili a tutti i gas e vapori, tranne che per l'acqua. Ciò significa che anche l'elio, il gas più difficile da bloccare, non può passare attraverso le membrane mentre il vapore acqueo è passato senza resistenza.

Ora lo stesso team guidato dal dottor Rahul Nair e dal professor Andre Geim ha testato quanto sono buone le membrane di grafene come filtri per l'acqua liquida. I risultati appaiono nell'ultimo numero (14 febbraio, 2014) di Scienza .

I ricercatori riferiscono che, se immerso in acqua, i laminati si gonfiano leggermente ma consentono comunque un flusso ultraveloce non di uno ma di due monostrati d'acqua.

Piccoli sali con una dimensione inferiore a nove Angstrom possono fluire lungo ma gli ioni o le molecole più grandi vengono bloccati. Dieci Angstrom equivalgono a un miliardesimo di metro.

I filtri in grafene hanno una maglia sorprendentemente accurata che consente loro di distinguere tra specie atomiche di dimensioni diverse solo di qualche punto percentuale.

Oltre a questa separazione ultraprecisa, è anche ultraveloce. Quegli ioni che possono attraversarlo lo fanno con una tale velocità come se le membrane di grafene fossero un normale filtro per caffè.

Quest'ultimo effetto è dovuto a una proprietà che gli scienziati di Manchester chiamano "spugnatura ionica". I loro capillari di grafene aspirano piccoli ioni come potenti recuperi che portano a concentrazioni interne che possono essere centinaia di volte superiori a quelle delle soluzioni saline esterne.

Il dottor Nair ha dichiarato:"La filtrazione dell'acqua è veloce e precisa come si potrebbe sperare per capillari così stretti. Ora vogliamo controllare la dimensione della maglia di grafene e ridurla al di sotto dei nove Angstrom per filtrare anche i sali più piccoli come nell'acqua di mare. Il nostro lavoro dimostra che è possibile".

Dott.ssa Irina Grigorieva, coautore dello studio, ha aggiunto:"Il nostro obiettivo finale è realizzare un dispositivo di filtraggio che permetta un bicchiere di acqua potabile ricavato dall'acqua di mare dopo pochi minuti di pompaggio manuale. Non ci siamo ancora ma questa non è più fantascienza".