p Os pesquisadores desenvolveram uma maneira de fazer pequenos orifícios de tamanho controlável em folhas de grafeno, um desenvolvimento que poderia levar a filtros ultrafinos para melhor dessalinização ou purificação da água. p A equipe de pesquisadores do MIT, Laboratório Nacional de Oak Ridge, e na Arábia Saudita conseguiu criar poros de subnanoescala em uma folha do material de um átomo de espessura, que é um dos materiais mais fortes conhecidos. Suas descobertas são publicadas no jornal Nano Letras .

p O conceito de uso de grafeno, perfurado por poros em nanoescala, como um filtro na dessalinização foi proposto e analisado por outros pesquisadores do MIT. O novo trabalho, liderado pelo estudante de graduação Sean O'Hern e professor associado de engenharia mecânica Rohit Karnik, é o primeiro passo para a produção real de tal filtro de grafeno.

p Fazendo esses minúsculos buracos no grafeno - uma matriz hexagonal de átomos de carbono, como uma rede de galinheiro em escala atômica - ocorre em um processo de dois estágios. Primeiro, o grafeno é bombardeado com íons de gálio, que interrompem as ligações de carbono. Então, o grafeno é gravado com uma solução oxidante que reage fortemente com as ligações rompidas - produzindo um buraco em cada ponto onde os íons de gálio atingiram. Ao controlar quanto tempo a folha de grafeno é deixada na solução oxidante, os pesquisadores do MIT podem controlar o tamanho médio dos poros.

p Uma grande limitação nas plantas existentes de nanofiltração e dessalinização por osmose reversa, que usam filtros para separar o sal da água do mar, é a sua baixa permeabilidade:a água flui muito lentamente através deles. Os filtros de grafeno, sendo muito mais magro, ainda muito forte, pode sustentar um fluxo muito maior. "Nós desenvolvemos a primeira membrana que consiste em uma alta densidade de poros em escala subnanométrica em um atomicamente fino, folha única de grafeno, "O'Hern diz.

p Para uma dessalinização eficiente, uma membrana deve demonstrar "uma alta taxa de rejeição de sal, ainda uma alta taxa de fluxo de água, "acrescenta. Uma maneira de fazer isso é diminuir a espessura da membrana, mas isso rapidamente torna as membranas convencionais à base de polímero muito fracas para sustentar a pressão da água, ou muito ineficaz em rejeitar o sal, ele explica.

p Com membranas de grafeno, torna-se simplesmente uma questão de controlar o tamanho dos poros, tornando-os "maiores do que as moléculas de água, mas menor do que tudo o mais, "O'Hern diz - seja sal, impurezas, ou tipos específicos de moléculas bioquímicas.

p A permeabilidade de tais filtros de grafeno, de acordo com simulações de computador, pode ser 50 vezes maior do que as membranas convencionais, conforme demonstrado anteriormente por uma equipe de pesquisadores do MIT liderada pelo estudante graduado David Cohen-Tanugi, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais. Mas produzir esses filtros com tamanhos de poros controlados continua sendo um desafio. O novo trabalho, O'Hern diz, demonstra um método para realmente produzir tal material com densas concentrações de buracos em escala nanométrica em grandes áreas.

p "Bombardeamos o grafeno com íons de gálio em alta energia, "O'Hern diz." Isso cria defeitos na estrutura do grafeno, e esses defeitos são mais quimicamente reativos. "Quando o material é banhado em uma solução oxidante reativa, o oxidante "ataca preferencialmente os defeitos, "e retira muitos orifícios de tamanho aproximadamente semelhante. O'Hern e seus co-autores foram capazes de produzir uma membrana com 5 trilhões de poros por centímetro quadrado, bem adequado para uso para filtração. "Para entender melhor como esses poros de grafeno são pequenos e densos, se nossa membrana de grafeno fosse ampliada cerca de um milhão de vezes, os poros teriam menos de 1 milímetro de tamanho, espaçados cerca de 4 milímetros, e se estendem por mais de 38 milhas quadradas, uma área com cerca de metade do tamanho de Boston, "O'Hern diz.

p Com esta técnica, os pesquisadores foram capazes de controlar as propriedades de filtração de um único, Folha de grafeno com o tamanho de um centímetro:Sem gravura, nenhum sal fluía pelos defeitos formados pelos íons de gálio. Com apenas um pouco de gravura, as membranas começaram a permitir o fluxo de íons de sal positivos. Com mais gravura, as membranas permitiram que íons de sal positivos e negativos fluíssem, mas bloqueou o fluxo de moléculas orgânicas maiores. Com ainda mais gravura, os poros eram grandes o suficiente para permitir que tudo passasse.

p Aumentando a escala do processo para produzir folhas úteis de grafeno permeável, enquanto mantém o controle sobre o tamanho dos poros, exigirá mais pesquisas, O'Hern diz.

p Karnik diz que tais membranas, dependendo do tamanho dos poros, poderia encontrar várias aplicações. A dessalinização e a nanofiltração podem ser as mais exigentes, já que as membranas necessárias para essas plantas seriam muito grandes. Mas para outros propósitos, como a filtração seletiva de moléculas - por exemplo, remoção de reagentes que não reagiram do DNA - mesmo os filtros muito pequenos produzidos até agora podem ser úteis.

p "Para biofiltração, tamanho ou custo não são tão críticos, "Karnik diz." Para essas aplicações, a escala atual é adequada. "

p Bruce Hinds, um professor de engenharia de materiais da Universidade de Kentucky que não estava envolvido neste trabalho, diz, "Grupos anteriores haviam tentado apenas o bombardeio de íons ou a formação de radicais de plasma." A ideia de combinar esses métodos "é boa e tem potencial para ser aperfeiçoada". Embora mais trabalho precise ser feito para refinar a técnica, ele diz, esta abordagem é "promissora" e poderia, em última análise, ajudar a levar a aplicações em "purificação de água, armazenamento de energia, produção de energia, [e] produção farmacêutica. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.