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摘要 （1）銅箔上生長(zhǎng)出的石墨烯；（2）利用聚碳酸酯支撐片把石墨烯從銅箔上剝離開(kāi)來(lái)；（3）科學(xué)家利用界面聚合對(duì)石墨烯中的大量裂縫和缺陷進(jìn)行密封；（4）利用氧等離子體對(duì)石墨烯中特定大小的孔...
（1）銅箔上生長(zhǎng)出的石墨烯；（2）利用聚碳酸酯支撐片把石墨烯從銅箔上剝離開(kāi)來(lái)；（3）科學(xué)家利用界面聚合對(duì)石墨烯中的大量裂縫和缺陷進(jìn)行密封；（4）利用氧等離子體對(duì)石墨烯中特定大小的孔進(jìn)行蝕刻。
滲析，是利用過(guò)濾薄膜將材料分子從一種溶液中過(guò)濾出，使其變成更加稀釋的溶液的一種工藝。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，滲析，也叫透析，常用于血液凈化。此外，滲析還用于藥物過(guò)濾凈化，從化學(xué)溶液中將雜質(zhì)去除掉，并利用滲析膜隔離出特定的分子用以醫(yī)學(xué)診斷。
目前，商用滲析膜在分離過(guò)濾分子時(shí)效率較低，這主要是由于其結(jié)構(gòu)所致：這些滲析膜比較厚，而且滲析膜上的過(guò)濾孔也較為稠密，從而使得靶向分子很難迅速透過(guò)透析膜。
近日，麻省理工學(xué)院（MIT）的工程師們利用石墨烯片——一種單層碳原子材料，成功制備出了一種厚度僅20納米的高效功能性透析膜，可以對(duì)納米尺寸的水溶液分子進(jìn)行快速過(guò)濾，是目前透析膜過(guò)濾速度的10倍。而且，石墨烯片自身的滲析過(guò)濾效率則是傳統(tǒng)過(guò)濾膜的100倍之多。
MIT的博士后Piran Kidambi介紹到，石墨烯目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子領(lǐng)域等技術(shù)，而我們的研發(fā)發(fā)現(xiàn)則進(jìn)一步將石墨烯技術(shù)引領(lǐng)如了薄膜技術(shù)，特別是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的分離工藝和血液滲析。
Kidambi說(shuō)：由于石墨烯非常薄，利用它進(jìn)行稀釋就非?？?。材料分子在經(jīng)過(guò)石墨烯透析膜時(shí)，不像傳統(tǒng)透析膜那樣需要層層穿過(guò)又厚又曲徑通幽的多孔結(jié)構(gòu)。
Kidambi是該研究的第一作者，研究成果發(fā)表在期刊Advanced Materials.上。其他六位合作作者來(lái)自MIT，其中包括機(jī)械工程系教授Rohit Karnik和電子工程系副教授Jing Kong。
研究人員首先利用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長(zhǎng)出一層石墨烯，然后將銅箔剝離開(kāi)，將石墨烯片轉(zhuǎn)移到聚碳酸酯材料的支撐片上，且聚碳酸酯支撐片上分布著足夠大的孔可以使任何分子都能夠通過(guò)。聚碳酸酯支撐片起到一種支架固定的作用，能夠防止超薄石墨烯片發(fā)生卷曲。
然后，工作人員利用氧等離子體技術(shù)在石墨烯透析膜上蝕刻出微孔，這樣就可以使特定大小的材料分子有選擇性的被石墨烯膜所過(guò)濾。氧等離子體是將氧泵入等離子體室，對(duì)材料進(jìn)行蝕刻的一種技術(shù)。
通過(guò)調(diào)整氧等離子體的參數(shù)條件，我們可以控制微孔的密度和大小。其中，一個(gè)氧自由基會(huì)和石墨烯的一個(gè)碳原子結(jié)合并更迅速發(fā)生反應(yīng)，從而生成二氧化碳而消逸。而碳原子缺失所留下的空位就是一個(gè)微孔。工作人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯片在氧等離子體中暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，構(gòu)造出的微孔就越大，且更加稠密。而45-60秒左右的暴露時(shí)間則可以構(gòu)造出非常小的孔。
隨后，研究人員將石墨烯透析膜放在稀釋室內(nèi)，對(duì)不同孔大小和孔分布的透析膜進(jìn)行測(cè)試。稀釋室的進(jìn)口側(cè)注入不同尺寸分子的混合溶液，包括氯化鉀（0.66納米寬）、維生素B12（1-1.5納米）以及溶解酶（4納米）。稀釋室的出口處則為稀釋溶液。然后，工作人員對(duì)分子在滲透每層石墨烯膜時(shí)的流速進(jìn)行測(cè)定。
研究發(fā)現(xiàn)，微孔透析膜可以過(guò)濾掉大分子左旋色氨酸，而氯化鉀則直接滲透通過(guò)。大孔透析膜則可以直接通過(guò)大分子材料。
同時(shí)，工作人員還對(duì)比了目前商用透析膜的過(guò)濾效果，對(duì)比結(jié)果表明，石墨烯透析膜的過(guò)濾速度是普通透析膜的10倍之快。
Kidambi指出，聚碳酸酯支撐片上蝕刻出的微孔只占整個(gè)支撐片面積的10%，這在某種程度上限制了某些分子材料的過(guò)濾。但這僅有的10%區(qū)域的過(guò)濾性能就已經(jīng)遠(yuǎn)比目前的透析膜性能高出很多。（編譯：中國(guó)超硬材料網(wǎng)）
目前，商用滲析膜在分離過(guò)濾分子時(shí)效率較低，這主要是由于其結(jié)構(gòu)所致：這些滲析膜比較厚，而且滲析膜上的過(guò)濾孔也較為稠密，從而使得靶向分子很難迅速透過(guò)透析膜。
近日，麻省理工學(xué)院（MIT）的工程師們利用石墨烯片——一種單層碳原子材料，成功制備出了一種厚度僅20納米的高效功能性透析膜，可以對(duì)納米尺寸的水溶液分子進(jìn)行快速過(guò)濾，是目前透析膜過(guò)濾速度的10倍。而且，石墨烯片自身的滲析過(guò)濾效率則是傳統(tǒng)過(guò)濾膜的100倍之多。
MIT的博士后Piran Kidambi介紹到，石墨烯目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子領(lǐng)域等技術(shù)，而我們的研發(fā)發(fā)現(xiàn)則進(jìn)一步將石墨烯技術(shù)引領(lǐng)如了薄膜技術(shù)，特別是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的分離工藝和血液滲析。
Kidambi說(shuō)：由于石墨烯非常薄，利用它進(jìn)行稀釋就非?？?。材料分子在經(jīng)過(guò)石墨烯透析膜時(shí)，不像傳統(tǒng)透析膜那樣需要層層穿過(guò)又厚又曲徑通幽的多孔結(jié)構(gòu)。
Kidambi是該研究的第一作者，研究成果發(fā)表在期刊Advanced Materials.上。其他六位合作作者來(lái)自MIT，其中包括機(jī)械工程系教授Rohit Karnik和電子工程系副教授Jing Kong。
研究人員首先利用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長(zhǎng)出一層石墨烯，然后將銅箔剝離開(kāi)，將石墨烯片轉(zhuǎn)移到聚碳酸酯材料的支撐片上，且聚碳酸酯支撐片上分布著足夠大的孔可以使任何分子都能夠通過(guò)。聚碳酸酯支撐片起到一種支架固定的作用，能夠防止超薄石墨烯片發(fā)生卷曲。
然后，工作人員利用氧等離子體技術(shù)在石墨烯透析膜上蝕刻出微孔，這樣就可以使特定大小的材料分子有選擇性的被石墨烯膜所過(guò)濾。氧等離子體是將氧泵入等離子體室，對(duì)材料進(jìn)行蝕刻的一種技術(shù)。
通過(guò)調(diào)整氧等離子體的參數(shù)條件，我們可以控制微孔的密度和大小。其中，一個(gè)氧自由基會(huì)和石墨烯的一個(gè)碳原子結(jié)合并更迅速發(fā)生反應(yīng)，從而生成二氧化碳而消逸。而碳原子缺失所留下的空位就是一個(gè)微孔。工作人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯片在氧等離子體中暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，構(gòu)造出的微孔就越大，且更加稠密。而45-60秒左右的暴露時(shí)間則可以構(gòu)造出非常小的孔。
隨后，研究人員將石墨烯透析膜放在稀釋室內(nèi)，對(duì)不同孔大小和孔分布的透析膜進(jìn)行測(cè)試。稀釋室的進(jìn)口側(cè)注入不同尺寸分子的混合溶液，包括氯化鉀（0.66納米寬）、維生素B12（1-1.5納米）以及溶解酶（4納米）。稀釋室的出口處則為稀釋溶液。然后，工作人員對(duì)分子在滲透每層石墨烯膜時(shí)的流速進(jìn)行測(cè)定。
研究發(fā)現(xiàn)，微孔透析膜可以過(guò)濾掉大分子左旋色氨酸，而氯化鉀則直接滲透通過(guò)。大孔透析膜則可以直接通過(guò)大分子材料。
同時(shí)，工作人員還對(duì)比了目前商用透析膜的過(guò)濾效果，對(duì)比結(jié)果表明，石墨烯透析膜的過(guò)濾速度是普通透析膜的10倍之快。
Kidambi指出，聚碳酸酯支撐片上蝕刻出的微孔只占整個(gè)支撐片面積的10%，這在某種程度上限制了某些分子材料的過(guò)濾。但這僅有的10%區(qū)域的過(guò)濾性能就已經(jīng)遠(yuǎn)比目前的透析膜性能高出很多。（編譯：中國(guó)超硬材料網(wǎng)）
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