La velocidad del flujo de agua es un factor limitante en muchos procesos industriales basados ​​en membranas, incluida la desalación, separación molecular y generación de energía osmótica.

Investigadores del Instituto Nacional de Grafeno (NGI) de la Universidad de Manchester han publicado un estudio en Comunicaciones de la naturaleza mostrando una disminución dramática en la fricción cuando el agua pasa a través de capilares a nanoescala hechos de grafeno, mientras que aquellos con nitruro de boro hexagonal (hBN), que tiene una topografía superficial y una estructura cristalina similares al grafeno, muestran una alta fricción.

El equipo también demostró que la velocidad del agua podría controlarse selectivamente cubriendo los canales de hBN de alta fricción con grafeno. abriendo la puerta a una mayor permeabilidad y eficiencia en las llamadas 'membranas inteligentes'.

Los flujos de fluidos rápidos y selectivos son comunes en la naturaleza, por ejemplo, en estructuras proteicas llamadas acuaporinas que transportan agua entre las células en animales y plantas. Sin embargo, Los mecanismos precisos de los rápidos flujos de agua a través de superficies atómicamente planas no se comprenden completamente.

Las investigaciones del equipo de Manchester, dirigido por la profesora Radha Boya, han demostrado que, en contraste con la creencia generalizada de que todas las superficies atómicamente planas que son hidrófobas deberían proporcionar poca fricción para el flujo de agua, de hecho, la fricción se rige principalmente por interacciones electrostáticas entre las moléculas que fluyen y sus superficies de confinamiento.

Dr. Ashok Keerthi, primer autor del estudio, dijo:"Aunque el hBN tiene una 'humectabilidad' similar al agua que el grafeno y el MoS2, nos sorprendió que el flujo de agua sea totalmente diferente. Curiosamente, superficie rugosa de grafeno con pocas abolladuras / terrazas profundas en angstroms, o superficie MoS2 atómicamente ondulada, no obstaculizó el flujo de agua en nanocanales ".

Por lo tanto, una superficie atómicamente lisa no es la única razón por la que el agua fluye sin fricción en el grafeno. Más bien, las interacciones entre las moléculas de agua que fluyen y los materiales 2D confinantes juegan un papel crucial en impartir la fricción al transporte de fluidos dentro de los nanocanales.

El profesor Boya dijo:"Hemos demostrado que los nanocanales cubiertos con grafeno en las salidas muestran flujos de agua mejorados. Esto puede ser muy útil para aumentar el flujo de agua de las membranas, especialmente en aquellos procesos en los que interviene la evaporación, como la destilación o la desalación térmica ".

La comprensión de la fricción del líquido y las interacciones con los materiales de los poros es vital para el desarrollo de membranas eficientes para aplicaciones como el almacenamiento de energía y la desalinización.

Este último estudio se suma a un cuerpo de trabajo cada vez más influyente de los investigadores del NGI, a medida que Manchester refuerza su posición a la vanguardia de la investigación de nanofluidos hacia aplicaciones industriales mejoradas para sectores que incluyen el tratamiento de aguas residuales, producción farmacéutica y alimentos y bebidas.