Cuando se apilan hojas de nanomateriales bidimensionales como el grafeno una encima de la otra, Se forman pequeños espacios entre las hojas que tienen una amplia variedad de usos potenciales. En investigación publicada en la revista Comunicaciones de la naturaleza , un equipo de investigadores de la Universidad de Brown ha encontrado una manera de orientar esas brechas, llamados nanocanales, de una manera que los hace más útiles para filtrar agua y otros líquidos contaminantes a nanoescala.

"En la ultima década, ha surgido todo un campo para estudiar estos espacios que se forman entre nanomateriales 2-D, "dijo Robert Hurt, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown y coautor de la investigación. "Puedes cultivar cosas allí, puedes guardar cosas ahí, y está este campo emergente de nanofluídicos en el que se utilizan esos canales para filtrar algunas moléculas mientras se dejan pasar otras ".

Hay un problema, sin embargo, con el uso de estos nanocanales para la filtración, y tiene que ver con la forma en que se orientan esos canales. Como un cuaderno hecho con hojas de papel apiladas, Las pilas de grafeno son delgadas en la dirección vertical en comparación con su longitud y ancho horizontales. Eso significa que los canales entre las hojas también están orientados horizontalmente. Eso no es ideal para la filtración, porque el líquido tiene que viajar un camino relativamente largo para llegar de un extremo de un canal al otro. Sería mejor si los canales fueran perpendiculares a la orientación de las hojas. En ese caso, el líquido solo necesitaría atravesar la altura vertical relativamente delgada de la pila en lugar de la longitud y el ancho mucho más largos.

Pero hasta ahora Herido dice, nadie había encontrado una buena manera de hacer nanocanales de grafeno orientados verticalmente. Eso es hasta Muchun Liu, un ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Hurt, Descubrí una forma novedosa de hacerlo.

El método de Liu consiste en apilar láminas de grafeno sobre un sustrato elástico, que se coloca bajo tensión para estirarlo. Después de depositar las hojas, se libera la tensión sobre el sustrato, lo que le permite contraerse. Cuando eso pasa, el conjunto de grafeno en la parte superior se arruga en picos y valles afilados.

"Cuando empiezas a arrugar el grafeno, estás inclinando las sábanas y los canales fuera del plano, "dijo Liu, que ahora es investigador en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. "Si lo arrugas mucho, los canales terminan alineados casi verticalmente ".

Una vez que los canales estén casi verticales, el conjunto está revestido de epoxi, y luego se recortan la parte superior e inferior, que abre los canales a lo largo del material. Los investigadores han denominado a los ensamblajes VAGMEs (membranas de grafeno alineadas verticalmente).

"Lo que terminamos es una membrana con estos canales cortos y muy estrechos a través de los cuales solo pueden pasar moléculas muy pequeñas, "Hurt dijo". por ejemplo, el agua puede pasar, pero los contaminantes orgánicos o algunos iones metálicos serían demasiado grandes para atravesarlos. Así que podrías filtrarlos ".

Las pruebas de prueba de concepto demostraron que el vapor de agua puede pasar fácilmente a través de un VAGME, mientras que el hexano, una molécula orgánica más grande, se filtró. Los investigadores planean continuar desarrollando la tecnología, con miras a posibles aplicaciones de filtrado industrial o doméstico.