Zvětšit obrázek

Rahul Nair a membrána z oxidu grafenu. Kredit: University of Manchester.

Je to jako příběh z červené knihovny materiálů. Slavný a všemi respektovaný grafen je hydrofobní, tedy štítí se vody jako čert kříže. Odpuzuje ji ze všech sil.

Zvětšit obrázek

Andre Geim. Kredit: Sergeom, Wikimedia Commons.

Přesněji řečeno, většinou ji odpuzuje. Jenže, u grafenu je leccos jinak, než jak to na první pohled vypadá. Extrémně tenké nanokapiláry vyrobené z grafenu vodu naopak divoce milují. Nasávají vodu až s překvapivou intenzitou, pokud je vrstva vody tenká stejně jako grafen, čili jedinou vrstvu atomů.

Nanokapiláry, které mají šířku jediného atomu, lze vyrobit jednoduše a levně skládáním vrstev oxidu grafenu přes sebe. Oxid grafenu je historická přezdívka, ve skutečnosti jde o grafen prošpikovaný hlavně epoxidovými můstky, hydroxylovými a také karboxylovými skupinami. Struktura výsledného mnohovrstvého materiálu připomíná perleť a je podobně odolná. Zní to jako magie, ale před dvěma lety Rahul Nair a Andre Geim z Manchesterské univerzity zjistili, že tenké membrány z mnohovrstvého oxidu grafenu jsou zcela neprostupné pro všechny plyny, s výjimkou vody. Jsou neprostupné i pro helium, které je ze všech plynů vůbec nejtěžší zastavit. Zato voda, ta projde vrstvami oxidu grafenu jako nic.

Zvětšit obrázek

Struktura oxidu grafenu. Kredit: Iridos, Wikimedia Commons.

Zvětšit obrázek

Typy grafenu a grafitu. Kredit: IDTechEx.

Stejný tým vědců v čele s Nairem a Geimem teď v časopise Science publikoval výzkum mikrometrových membrán, vyrobených vakuovou filtrací ze suspenzí oxidu grafenu, v roli filtrů schopných oddělit vodu. Ukázalo se, že takovými membránami projdou jen molekuly či částice menší než 9 angströmů, čili 9 krát 10 na mínus 10 metru. Filtry z oxidů grafenu jsou také velice přesné a velice rychlé.

Materiál z vrstev oxidu grafenu funguje jako „iontová houba“. Nanokapiláry vycucnou ionty jako extrémní vysavače a velmi rychle vytvoří dramatický rozdíl mezi koncentrací ve vnitřku iontové houby a koncentrací ve vnějším prostředním.

V I D E O

Massive Production of Graphene Oxide From Expanded Graphite. Ling and Bunshi in Materials Letters Vol 109, Oct 2013

Milostná pletka grafenových nanokapilár s vodou zaujala vědce i vývojáře. Určitě ji bude možné využít v nových technologií filtrování či odsolování. Autoři objevu se netají smělými plány. Chtějí zmenšit průměr nanokapilár pod 9 angströmů, aby mohli filtrovat soli ze slané mořské vody a v tom směru si věří. Jejich vysněným cílem je filtrovací zařízení, které vyrobí sklenku pitné vody z mořské vody po pár minutách ručního pumpování. Prý už to vůbec není science fiction.

Literatura

University of Manchester News 14. 2. 2014, Science 343: 752-754.