Quando fogli di nanomateriali bidimensionali come il grafene vengono impilati uno sopra l'altro, si formano minuscoli spazi tra i fogli che hanno un'ampia varietà di potenziali usi. In una ricerca pubblicata sulla rivista Comunicazioni sulla natura , un team di ricercatori della Brown University ha trovato un modo per orientare queste lacune, chiamati nanocanali, in un modo che li rende più utili per filtrare l'acqua e altri liquidi di contaminanti su scala nanometrica.

"Nell'ultima decade, un intero campo è sorto per studiare questi spazi che si formano tra nanomateriali 2-D, " ha detto Robert Hurt, professore alla Brown's School of Engineering e coautore della ricerca. "Puoi coltivare cose lì dentro, puoi conservare le cose lì dentro, e c'è questo campo emergente della nanofluidica in cui stai usando quei canali per filtrare alcune molecole lasciandone passare altre."

C'è un problema, però, con l'utilizzo di questi nanocanali per la filtrazione, e ha a che fare con il modo in cui questi canali sono orientati. Come un quaderno fatto di fogli impilati, le pile di grafene sono sottili nella direzione verticale rispetto alla loro lunghezza e larghezza orizzontali. Ciò significa che anche i canali tra i fogli sono orientati orizzontalmente. Non è l'ideale per la filtrazione, perché il liquido deve percorrere una strada relativamente lunga per andare da un'estremità all'altra di un canale. Sarebbe meglio se i canali fossero perpendicolari all'orientamento dei fogli. In quel caso, il liquido dovrebbe solo attraversare l'altezza verticale relativamente sottile della pila piuttosto che la lunghezza e la larghezza molto maggiori.

Ma fino ad ora, ferito dice, nessuno aveva trovato un buon modo per creare nanocanali di grafene orientati verticalmente. Questo fino a Muchun Liu, un ex ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Hurt, trovato un nuovo modo per farlo.

Il metodo di Liu prevede l'impilamento di fogli di grafene su un substrato elastico, che viene messo in tensione per allungarlo. Dopo che i fogli sono stati depositati, la tensione sul supporto viene rilasciata, che gli permette di contrattare. Quando ciò accade, l'assemblaggio del grafene sulla parte superiore si increspa in picchi e valli affilati.

"Quando inizi a stropicciare il grafene, stai inclinando le lenzuola e i canali fuori dal piano, " disse Liù, che ora è ricercatore presso il Massachusetts Institute of Technology. "Se lo stropicci molto, i canali finiscono per essere allineati quasi verticalmente."

Una volta che i canali sono quasi verticali, l'assemblaggio è racchiuso in resina epossidica, e le parti superiori e inferiori vengono quindi tagliate via, che apre i canali attraverso il materiale. I ricercatori hanno soprannominato gli assemblaggi VAGME (membrane di grafene allineate verticalmente).

"Ciò che otteniamo è una membrana con questi canali corti e molto stretti attraverso i quali possono passare solo molecole molto piccole, " Ferito ha detto. "Quindi, Per esempio, l'acqua può passare, ma i contaminanti organici o alcuni ioni metallici sarebbero troppo grandi per essere attraversati. Quindi potresti filtrarli."

I test di prova hanno dimostrato che il vapore acqueo può passare facilmente attraverso un VAGME, mentre l'esano, una molecola organica più grande, è stato filtrato. I ricercatori intendono continuare a sviluppare la tecnologia, con un occhio alle potenziali applicazioni di filtraggio industriale o domestico.