对石墨烯纳米通道的新认识可能会彻底改变节能技术
莉兹·希利著
自从科学家们第一次能够制造出石墨烯（一种柔性的单层碳原子片）以来，其独特的性能使其成为一种非常受欢迎和有吸引力的材料。石墨烯不仅坚固，它的导热性和导电性也非常好，一些澳门威尼斯人注册网站研究表明它几乎是无摩擦的。但澳门威尼斯人注册网站研究人员并没有报告澳门威尼斯人注册石墨烯有多滑的一致数据，尤其是在纳米级水平上。在《自然纳米技术》最近发表的一篇论文中，段传华助理教授（ME， MSE）和他的团队，包括澳门威尼斯人注册网站研究生谢泉，首次量化了单个石墨烯纳米通道中的水滑移，并详细说明了这些数据不一致的原因。
今年早些时候，Duan获得了美国国家科学基金会（NSF）澳门威尼斯人注册网站早期职业发展（Career）资助，澳门威尼斯人注册网站研究石墨烯纳米管道（如石墨烯纳米通道和碳纳米管）中快速质量传输的潜在机制。本文是目前为数不多的获得美国国家科学基金会CAREER奖支持的项目之一。“有了从这篇论文中学到的新知识，科学家们可以制造更好的石墨纳米管及其膜形式，用于水淡化或净化、化学分离和能量收集的革命性节能技术，”段说。“更好的石墨纳米管道也将对芯片实验室产生重大影响，芯片实验室是一种廉价、高效、准确的生化分析和疾病诊断微型平台。”
当水流过一个表面时，它的流动速度取决于该表面的性质。以水流过沟渠为例；在肉眼看来，它似乎只是滑过它。但在分子水平上，水分子与通道中的分子发生反应，这种反应减慢了水的流动。从理论上讲，石墨烯不应该与水发生反应，这将使它成为一种理想的水传输材料——水越容易通过通道，通过通道所需的能量就越少。
但是，当许多实验室的澳门威尼斯人注册网站研究人员测量由石墨纳米管制成的膜输送水的能力时（或者它们比玻璃纳米管制成的膜要好多少），他们得到的结果不一致（差异高达几个数量级），却无法找出原因。一个被称为滑移长度的因素是科学家用来确定液体流过通道的能力的基准——这是一个不一致的报道因素。
在论文中，Duan和他的团队开发了一种新方法，可以精确测量单个石墨烯纳米通道中的水流速率和相应的压力。“我们的方法允许我们第一次明确地提取石墨烯纳米通道的滑移长度，”Duan说。他们表明，在决定特定石墨烯通道输水的好坏时，表面电荷是最大的因素。第二个影响流动的因素是石墨烯正下方的材料。当固体带表面电荷时，它的分子可以与液体中的分子发生反应，在这种情况下是水。但从理论上讲，石墨烯不应该有表面电荷，水分子也不应该与之反应，但在这项澳门威尼斯人注册网站研究中，Duan表明，滑移长度值不一致背后的原因是这些石墨烯通道形成的表面电荷量不同。