Все новости

Из графена создали программируемые двумерные мембраны

Материал для таких мембран состоит из чередующихся слоев окиси графена и органического полимера

ТАСС, 10 ноября. Нобелевский лауреат Константин Новоселов с коллегами превратил графен в материал, который может избирательно пропускать молекулы воды и ионы определенных веществ. Фильтрующими свойствами подобного материала можно легко управлять. Статью с результатами опытов опубликовал научный журнал Nature Nanotechnology.

"Мембраны, которые могут избирательно пропускать различные молекулы и гибко менять свои функции, играют важнейшую роль в жизни всех клеток на Земле. Мы впервые реализовали подобный функционал в рукотворной структуре, используя двумерный материал, который состоит из графена и молекул полиаминов", – пишут исследователи.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, которые соединены между собой структурой химических связей, напоминающих структуру пчелиных сот. За получение и изучение первых образцов графена присудили Нобелевскую премию по физике 2010 года – награду получили выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм.

Благодаря уникальным физическим свойствам графен можно использовать как основУ для светодиодов, сенсорных дисплеев, микрочипов и других высокотехнологичных устройств. Также его можно применять в качестве сырья для высокопрочных материалов, смазок и других промышленных продуктов.

Графеновая имитация жизни

Экспериментируя с различными многослойными структурами из оксида графена и различных органических компонентов, Новоселов и его коллеги нашли графену новое применение. Их опыты показали, что существует необычный материал, который избирательно пропускает молекулы воды и других веществ.

Он представляет собой многослойную структуру, которая состоит из чередующихся слоев окиси графена и полиэтиленимина – органического полимера из числа полиаминов. Необычность этих мембран заключается в том, что их фильтрующие свойства не зависят от давления жидкости в окружающей их среде и других внешних факторов, а только от количества протонов, которые находятся между слоями графена и полимера.

Это позволяет гибко управлять свойствами подобных мембран, меняя количество протонов внутри них или добавляя другие ионы внутрь них. Для их производства, как отмечают Новоселов и его коллеги, достаточно просто погрузить большое количество частиц графена в жидкий полиэтиленимин и перемешать их. В результате по мере испарения растворителя многослойные структуры из графена и полимера сформируются естественным образом.

Используя подобную методику, российские и зарубежные ученые создали несколько вариантов мембран, избирательно пропускающих воду в присутствии кислот, но не щелочей, а также ионы калия, цезия, лития и ряд других веществ и молекул. В этом отношении эти графеновые конструкции полностью повторяли то, как работают клеточные мембраны, прокачивающие через себя одни типы ионов и изолирующие клетки от других.

Ученые предполагают, что если при изготовлении подобных мембран использовать разные типы полиаминов, то их можно сделать еще более гибкими и управляемыми. В перспективе это позволит применять их для создания сверхмощных наноконденсаторов, ионных транзисторов и аналогов нейронов, которые найдут широкое применение в быту и промышленности, подытожили Новоселов и его коллеги.

Теги