p Uma nova nanomembrana feita de grafeno 'supermaterial' é extremamente leve e respirável. Isso não só pode abrir a porta para uma nova geração de roupas impermeáveis ​​funcionais, mas também para filtração ultrarrápida. A membrana produzida pelos pesquisadores da ETH Zurich é a mais fina tecnologicamente possível. p Os pesquisadores produziram uma membrana porosa estável que é mais fina do que um nanômetro. Este é um 100, 000 vezes mais fino que o diâmetro de um fio de cabelo humano. A membrana consiste em duas camadas do muito exaltado "supermaterial" grafeno, um filme bidimensional feito de átomos de carbono, em que a equipe de pesquisadores, liderado pelo Professor Hyung Gyu Park no Departamento de Engenharia Mecânica e de Processos da ETH Zurique, minúsculos poros gravados de um tamanho precisamente definido.

p A membrana pode, portanto, permear moléculas minúsculas. Moléculas ou partículas maiores, por outro lado, pode passar apenas lentamente ou não pode passar. "Com uma espessura de apenas dois átomos de carbono, esta é a membrana porosa mais fina que é tecnologicamente possível fazer, "diz o estudante de doutorado Jakob Buchheim, um dos dois principais autores do estudo, que foi conduzido por pesquisadores da ETH-Zurich em colaboração com cientistas da Empa e um laboratório de pesquisa da LG Electronics. O estudo acaba de ser publicado em jornal Ciência .

p A membrana de grafeno ultrafina pode um dia ser usada para uma variedade de finalidades, incluindo roupas impermeáveis. "Nossa membrana não é apenas muito leve e flexível, mas também é mil vezes mais respirável do que Goretex, "diz Kemal Celebi, um pós-doutorado no laboratório de Park e também um dos principais autores do estudo. A membrana também poderia ser potencialmente usada para separar misturas gasosas em suas partes constituintes ou para filtrar impurezas de fluidos. Os pesquisadores foram capazes de demonstrar pela primeira vez que as membranas de grafeno podem ser adequadas para a filtração de água. Os pesquisadores também vêem um uso potencial para a membrana em dispositivos usados ​​para a medição precisa das taxas de fluxo de gás e fluido que são cruciais para desvendar a física em torno da transferência de massa em nanoescalas e separação de misturas químicas.

p Avanço na nanofabricação

p Os pesquisadores não apenas conseguiram produzir o material de partida, um filme de grafeno de camada dupla com alto nível de pureza, mas eles também dominaram uma técnica chamada moagem de feixe de íons focalizado para gravar poros no filme de grafeno. Nesse processo, que também é usado na produção de semicondutores, um feixe de íons de hélio ou gálio é controlado com alto nível de precisão para remover o material corrosivo. Os pesquisadores foram capazes de gravar poros de um número e tamanho especificados no grafeno com uma precisão sem precedentes. Este processo, que pode facilmente levar dias para ser concluído, levou apenas algumas horas no trabalho atual. “Este é um avanço que permite a nanofabricação de membranas porosas de grafeno, "explica Ivan Shorubalko, um cientista da Empa que também contribuiu com o estudo.

p Para atingir esse nível de precisão, os pesquisadores tiveram que trabalhar com grafeno de camada dupla. "Não teria sido possível para este método criar tal membrana com apenas uma camada porque o grafeno na prática não é perfeito, "diz Park. O material pode apresentar certas irregularidades na estrutura em favo de mel dos átomos de carbono. De vez em quando, átomos individuais estão faltando na estrutura, o que não apenas prejudica a estabilidade do material, mas também torna impossível gravar um poro de alta precisão em tal defeito. Os pesquisadores resolveram esse problema colocando duas camadas de grafeno uma sobre a outra. A probabilidade de dois defeitos se estabelecerem diretamente um sobre o outro é extremamente baixa, explica Park.

p Filtragem mais rápida possível

p A principal vantagem das pequenas dimensões é que quanto mais fina a membrana, quanto menor for a sua resistência à penetração. Quanto menor a resistência, quanto maior a eficiência energética do processo de filtração. "Com essas membranas atomicamente finas, podemos alcançar a permeação máxima para uma membrana de um determinado tamanho de poro e acreditamos que elas permitem a taxa de permeação mais rápida possível, "diz Celebi. No entanto, antes que essas aplicações estejam prontas para uso em escala industrial ou para a produção de roupas impermeáveis ​​funcionais, o processo de fabricação precisa ser mais desenvolvido. Para investigar a ciência fundamental, os pesquisadores trabalharam com pequenos pedaços de membrana com uma área de superfície de menos de um centésimo de milímetro quadrado. Os objetivos de agora em diante serão produzir superfícies de membrana maiores e impor vários mecanismos de filtragem.