Lorsque des feuilles de nanomatériaux bidimensionnels comme le graphène sont empilées les unes sur les autres, de minuscules espaces se forment entre les feuilles qui ont une grande variété d'utilisations potentielles. Dans une recherche publiée dans la revue Communication Nature , une équipe de chercheurs de l'Université Brown a trouvé un moyen d'orienter ces lacunes, appelés nanocanaux, d'une manière qui les rend plus utiles pour filtrer l'eau et d'autres liquides de contaminants à l'échelle nanométrique.

« Au cours de la dernière décennie, tout un domaine a vu le jour pour étudier ces espaces qui se forment entre les nanomatériaux 2D, " dit Robert Hurt, professeur à la Brown's School of Engineering et co-auteur de la recherche. "Vous pouvez faire pousser des choses là-dedans, vous pouvez y ranger des choses, et il y a ce domaine émergent de la nanofluidique où vous utilisez ces canaux pour filtrer certaines molécules tout en laissant passer d'autres."

Il ya un problème, cependant, avec l'utilisation de ces nanocanaux pour la filtration, et cela a à voir avec la façon dont ces canaux sont orientés. Comme un cahier fait de feuilles de papier empilées, Les empilements de graphène sont minces dans le sens vertical par rapport à leur longueur et largeur horizontales. Cela signifie que les canaux entre les feuilles sont également orientés horizontalement. Ce n'est pas idéal pour la filtration, parce que le liquide doit parcourir un chemin relativement long pour aller d'un bout à l'autre d'un canal. Il serait préférable que les canaux soient perpendiculaires à l'orientation des feuilles. Dans ce cas, le liquide n'aurait besoin de traverser que la hauteur verticale relativement mince de la pile plutôt que la longueur et la largeur beaucoup plus longues.

Mais jusqu'à maintenant, Blessé dit, personne n'avait trouvé un bon moyen de fabriquer des nanocanaux de graphène orientés verticalement. C'est jusqu'à Muchun Liu, un ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Hurt, trouvé une nouvelle façon de le faire.

La méthode de Liu consiste à empiler des feuilles de graphène sur un substrat élastique, qui est mis sous tension pour l'étirer. Une fois les feuilles déposées, la tension sur le substrat est relâchée, ce qui lui permet de se contracter. Quand cela arrive, l'assemblage de graphène sur le dessus se plisse en pics et vallées acérés.

"Quand tu commences à froisser le graphène, vous inclinez les tôles et les canaux hors du plan, " dit Liu, qui est maintenant chercheur au Massachusetts Institute of Technology. "Si vous le froissez beaucoup, les canaux finissent par être alignés presque verticalement."

Une fois les canaux presque verticaux, l'assemblage est enrobé d'époxy, et les hauts et les bas sont ensuite coupés, qui ouvre les canaux tout au long du matériau. Les chercheurs ont baptisé les assemblages VAGME (membranes de graphène alignées verticalement).

"Ce que nous obtenons, c'est une membrane avec ces canaux courts et très étroits à travers lesquels seules de très petites molécules peuvent passer, " Hurt dit. " Alors, par exemple, l'eau peut passer, mais les contaminants organiques ou certains ions métalliques seraient trop gros pour être traversés. Vous pouvez donc les filtrer."

Des tests de validation de principe ont démontré que la vapeur d'eau pouvait passer facilement à travers un VAGME, tandis que l'hexane, une molécule organique plus grosse, a été filtré. Les chercheurs prévoient de continuer à développer la technologie, avec un œil sur les applications potentielles de filtrage industriel ou domestique.