A volte la semplicità è la cosa migliore. Due ricercatori della Northwestern University hanno scoperto un modo straordinariamente semplice per realizzare dispositivi nanofluidici:usare carta e forbici. E possono tagliare un dispositivo in qualsiasi forma e dimensione desiderano, aggiungendo alla versatilità del metodo.

I dispositivi nanofluidici sono attraenti perché i loro canali sottili possono trasportare ioni - e con essi una corrente elettrica superiore al normale - rendendo i dispositivi promettenti per l'uso in batterie e nuovi sistemi per la purificazione dell'acqua, raccolta di energia e selezione del DNA.

Il metodo "carta e forbici" un giorno potrebbe essere utilizzato per produrre dispositivi nanofluidici su larga scala senza fare affidamento su costose tecniche di litografia.

Il duo della Northwestern ha scoperto che semplicemente impilando fogli del materiale poco costoso, l'ossido di grafene, si crea una "carta" flessibile con decine di migliaia di canali molto utili. Un piccolo spazio si forma naturalmente tra i fogli vicini, e ogni spazio vuoto è un canale attraverso il quale gli ioni possono fluire.

Usando un paio di normali forbici, i ricercatori hanno semplicemente tagliato la carta nella forma desiderata, quale, nel caso dei loro esperimenti, era un rettangolo.

"In un modo, siamo rimasti sorpresi dal fatto che questi nanocanali funzionassero davvero, perché creare il dispositivo è stato così facile, " disse Jiaxing Huang, che ha condotto la ricerca con il borsista post-dottorato Kalyan Raidongia. "Nessuno aveva mai pensato allo spazio tra materiali simili a fogli prima. Usare lo spazio come canale di flusso è stata un'idea folle. Abbiamo eseguito il nostro esperimento almeno 10 volte per essere sicuri di avere ragione".

Huang è un assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali e Morris E. Fine Junior Professor in Materiali e produzione presso la McCormick School of Engineering and Applied Science.

"Molte persone hanno studiato le carte all'ossido di grafene, ma principalmente per le loro proprietà meccaniche o per la produzione di grafene, "Ha detto Huang. "Qui mostriamo che la carta all'ossido di grafene genera naturalmente numerosi canali ionici nanofluidici quando viene stratificata".

I risultati sono pubblicati nel Giornale della Società Chimica Americana .

Per creare un dispositivo funzionante, i ricercatori hanno preso un paio di forbici e hanno tagliato un pezzo della loro carta all'ossido di grafene in un rettangolo lungo un centimetro. Hanno quindi racchiuso la carta in un polimero, praticato fori per esporre le estremità del pezzo rettangolare e riempito i fori con una soluzione elettrolitica (un liquido contenente ioni) per completare il dispositivo.

Successivamente hanno messo degli elettrodi a entrambe le estremità e hanno testato la conduttività elettrica del dispositivo. Huang e Raidongia hanno osservato una corrente superiore alla norma, e il dispositivo ha funzionato sia piatto che piegato.

I nanocanali hanno proprietà significativamente diverse e desiderabili dalle loro controparti di canale di massa, ha detto Huang. I nanocanali hanno un effetto concentrante, risultando in una corrente elettrica molto superiore a quella delle soluzioni sfuse.

L'ossido di grafene è fondamentalmente fogli di grafene decorati con gruppi contenenti ossigeno. È costituito da polveri di grafite poco costose mediante reazioni chimiche note da più di un secolo.

Aumentare le dimensioni del dispositivo è semplice. Decine di migliaia di fogli o strati creano decine di migliaia di nanocanali, ogni canale è alto circa un nanometro. Non c'è limite al numero di livelli, e quindi di canali, che si possono avere in un pezzo di carta.

Per produrre array di canali molto massicci, basta mettere più fogli di ossido di grafene nella carta o impilare molti pezzi di carta. Un dispositivo più grande, Certo, può gestire grandi quantità di elettrolita.