近日，美國南卡羅來納大學(xué)的工程師研制出世界上最薄的氧化石墨烯過濾膜。這種薄膜擁有較高的滲透選擇性——氫氣和氦氣能夠輕易通過這種薄膜，而其他氣體，例如二氧化碳、氧氣、氮氣、一氧化碳以及甲烷等通過的速度則要慢得多。并且，它最大的特點在于其厚度不到2納米。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《科學(xué)》。
“氫氣的動力學(xué)直徑為0.289納米，二氧化碳的動力學(xué)直徑是0.33納米。雖然二者的差別很小，只有0.44納米，但這種差別足夠產(chǎn)生不同的滲透效果。”該校工程計算學(xué)院化學(xué)工程師，同時也是該研究團隊負責人余淼（音譯）說，“我們研制的薄膜就像一個篩子。大分子無法通過它，而小分子卻可以。”
“這項研究的突破在于將薄膜的厚度減小一個數(shù)量級，這也是分離技術(shù)的重大突破。”余淼說。
據(jù)介紹，傳統(tǒng)此類薄膜由氧化石墨烯片層層覆蓋而成—— 一片一片寬度為500納米，厚度為1個原子直徑的氧化石墨烯被排列在一個面積為2平方厘米的圓形區(qū)域。這一過程就像在一個桌子上鋪滿撲克牌。
而這種制造方法的缺點在于，很難保證所有區(qū)域都被“撲克牌”覆蓋，總會出現(xiàn)空白區(qū)域。在過濾薄膜工作時，氣體分子會試圖穿過其所發(fā)現(xiàn)的孔隙，而薄膜上有兩種孔隙：氧化石墨烯片上的孔隙，氧化石墨烯片之間的孔隙。
所以，氧化石墨烯片之間的孔隙，就成為氣體分離技術(shù)發(fā)展的一個障礙。這也是為何傳統(tǒng)此類薄膜很厚的原因。“（薄膜的厚度）至少有20納米。”余淼說，如果過薄的話，任何小尺寸的物體以及氣體分子都能很容易地從這種不規(guī)則的孔隙之間通過。
而余淼團隊設(shè)計了這種制造不含有孔隙薄膜的技術(shù)。他們將氧化石墨烯打成不均勻混合的混合物，在加水之后，利用聲波降解法和離心分離技術(shù)，得到了均勻的氧化石墨烯懸浮液。最后，通過簡單過濾之后，懸浮液被涂在氧化鋁基質(zhì)上，進而獲得了新型過濾膜。（來源：中國科學(xué)報 邱銳/編譯）
