多虧了石墨烯，原子毛細(xì)管可以阻擋最小的鈉離子！
多虧了石墨烯，原子毛細(xì)管可以阻擋最小的鈉離子！
英國(guó)曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究所的研究人員首次成功地創(chuàng)造了只有一個(gè)原子大小的人工通道。新的毛細(xì)血管與天然蛋白質(zhì)通道非常相似，如水通道蛋白，它們小到足以阻止最小離子的流動(dòng)，如SODI。這種結(jié)構(gòu)不僅提高了我們對(duì)原子尺度下分子輸運(yùn)的基本認(rèn)識(shí)，特別是在生物系統(tǒng)中，而且在海水淡化和過(guò)濾技術(shù)中有著理想的應(yīng)用前景。研究小組組長(zhǎng)安德烈·海姆爵士解釋說(shuō)，很明顯，這是一種分子輸運(yùn)過(guò)程?？梢允姑?xì)血管比原子小，即使事后看來(lái)，我們的壯舉也幾乎是不可能的。
博科公園——科普：就在幾年前，很難想象有這么小的毛細(xì)血管，自然形成的蛋白質(zhì)通道，如水通道，可以讓水迅速滲透。然而，由于空間排斥（尺寸）和靜電排斥，超過(guò)7A尺寸的水合離子受到阻礙。研究人員一直試圖使人造毛細(xì)血管像天然毛細(xì)血管一樣工作，但盡管在納米孔和納米管的制造方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但所有這些結(jié)構(gòu)到目前為止都要大得多。Geim和他的同事們已經(jīng)建立了一個(gè)大約3.4 A高的通道，這個(gè)通道大約是最小水合離子（如K+和Cl-）的一半大小，直徑為6.6a。這些通道就像蛋白質(zhì)通道一樣。它們小到足以阻擋這些離子，但大到足以讓水分子（直徑約2.8a）自由通過(guò)。
重要的是，這種結(jié)構(gòu)有助于開發(fā)低成本、高通量的脫鹽過(guò)濾器和相關(guān)技術(shù)，這是該領(lǐng)域研究人員的圣杯。研究人員在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)，使用范德華斯組裝技術(shù)來(lái)創(chuàng)建這種結(jié)構(gòu)，也稱為原子樂(lè)高，這是石墨烯研究的成果。從大石墨塊中分離出厚度僅為50和200納米的原子平面納米晶體，然后在這些納米晶體的表面放置單層石墨烯片。當(dāng)隨后在兩個(gè)晶體之間放置類似的原子平面晶體時(shí)，這些帶就起到了間隔的作用。由此產(chǎn)生的三層組裝可以看作是一對(duì)邊緣位錯(cuò)，它們連接到中間平面的空隙中，只能容納一層原子水。這是第一次使用石墨烯單層。作為間隔層，這也是新通道與以前任何結(jié)構(gòu)不同的原因。
曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)的二維毛細(xì)管寬130納米，長(zhǎng)幾微米。它被組裝在一層氮化硅薄膜上，將兩個(gè)獨(dú)立的容器分開，以確保通道是水和離子流動(dòng)的唯一通道。到目前為止，研究人員只能測(cè)量流過(guò)毛細(xì)血管的水的t值要厚得多（約6.7英尺高）。雖然他們的一些分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，較小的二維空腔會(huì)由于范德華重力而坍塌，但其他計(jì)算表明，裂縫中的水分子實(shí)際上可以起到支撐作用，以防止單原子的高密度。曼徹斯特研究小組在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了坍塌產(chǎn)生的裂縫（只有3.4英尺高），一種稱為重力測(cè)量的技術(shù)被用來(lái)測(cè)量渠道的透水性。
在這里，一個(gè)密封的小容器中的水通過(guò)毛細(xì)血管完全蒸發(fā)，然后我們精確地（以微克的精度）測(cè)量容器在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)損失了多少重量。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，研究人員還建立了大量的通道（超過(guò)100個(gè)），以提高測(cè)量的靈敏度。更厚的頂部哭泣。斯大爾斯也被用來(lái)防止下垂和切斷毛細(xì)血管的頂部開口（使用等離子蝕刻），以消除任何潛在的堵塞，這是通過(guò)薄邊緣存在的。為了測(cè)量離子電流，施加電場(chǎng)迫使離子通過(guò)毛細(xì)血管，然后測(cè)量產(chǎn)生的電流。如果我們的毛細(xì)血管RIES高達(dá)兩個(gè)原子，我們發(fā)現(xiàn)小的離子可以在毛細(xì)管中自由移動(dòng)，就像在大的水中一樣。相反，沒(méi)有離子能通過(guò)我們最后的原子路徑。
唯一的例外是質(zhì)子，它被認(rèn)為是真正的在水中運(yùn)動(dòng)的亞原子粒子，而不是包裹在直徑為幾埃的相對(duì)較大的水合物殼中的離子。因此，通道阻塞所有水合物離子，但允許質(zhì)子通過(guò)。因?yàn)檫@些毛細(xì)血管的行為方式與蛋白質(zhì)通道相同，它們對(duì)于更好地理解水和離子在分子尺度上的行為非常重要，就像它們?cè)贓尺度生物過(guò)濾器中一樣。研究工作（包括當(dāng)前和以前的工作）表明，原子約束水的性質(zhì)與散裝水有很大的不同。例如，它變得非常等級(jí)化，具有不同的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出完全不同的介電性能。
本文出自東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司官網(wǎng)：http://zgzscp.com 權(quán)威發(fā)布， 東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司是一家集銷售、應(yīng)用開發(fā)，產(chǎn)品加工的石墨專業(yè)廠家，專門為模具行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、真空熱處理爐、電子半導(dǎo)體及太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)等提供石墨材料、石墨電極和相關(guān)的石墨制品，歡迎致電13549365158更多關(guān)于石墨制品方面信息，可回本網(wǎng)站產(chǎn)品頁(yè)面詳細(xì)了解點(diǎn)擊：石墨制品 石墨模具 石墨坩堝 石墨轉(zhuǎn)子 石墨軸承 石墨板 石墨棒 石墨匣體 石墨熱場(chǎng) 真空爐石墨制品 電子石墨模具