Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) realizaram simulações sugerindo que o grafeno, além de seus muitos outros recursos úteis, pode ser modificado com poros especiais para atuar como um filtro ajustável ou coador para íons (átomos carregados) em um líquido.

O conceito, que também pode funcionar com outros materiais de membrana, poderia ter aplicações como sensores mecânicos em nanoescala, entrega de drogas, purificação de água e peneiras ou bombas para misturas de íons semelhantes a canais de íons biológicos, que são essenciais para o funcionamento das células vivas. A pesquisa é descrita na edição de 26 de novembro da Materiais da Natureza .

"Imagine algo como uma peneira de cozinha de malha fina com açúcar fluindo por ela, "disse o líder do projeto, Alex Smolyanitsky." Você estica o filtro de forma que cada buraco na malha se torne 1 a 2 por cento maior. Você esperaria que o fluxo através dessa malha aumentasse aproximadamente na mesma quantidade. Nós vamos, aqui, na verdade, aumenta 1, 000 por cento. Eu acho isso muito legal, com toneladas de aplicativos. "

Se puder ser alcançado experimentalmente, esta peneira de grafeno seria o primeiro canal de íons artificial oferecendo um aumento exponencial no fluxo de íons quando esticado, oferecendo possibilidades para separações rápidas de íons ou bombas ou controle preciso da salinidade. Colaboradores planejam estudos de laboratório desses sistemas, Smolyanitsky disse.

O grafeno é uma camada de átomos de carbono dispostos em hexágonos, semelhante em forma de rede de galinheiro, que conduz eletricidade. As simulações de dinâmica molecular do NIST focaram em uma folha de grafeno de 5,5 por 6,4 nanômetros (nm) de tamanho e apresentando pequenos orifícios revestidos com átomos de oxigênio. Esses poros são éteres coroa - moléculas circulares eletricamente neutras conhecidas por aprisionar íons metálicos. Um estudo de simulação NIST anterior mostrou que este tipo de membrana de grafeno pode ser usado para computação nanofluídica.

Nas simulações, o grafeno foi suspenso em água contendo cloreto de potássio, um sal que se divide em íons de potássio e cloro. Os poros do éter da coroa podem reter íons de potássio, que têm uma carga positiva. As taxas de captura e liberação podem ser controladas eletricamente. Um campo elétrico de várias intensidades foi aplicado para conduzir a corrente de íons que flui através da membrana.

Os pesquisadores então simularam puxões na membrana com vários graus de força para esticar e dilatar os poros, aumentando muito o fluxo de íons de potássio através da membrana. O alongamento em todas as direções teve o maior efeito, mas mesmo puxar em apenas uma direção teve um efeito parcial.

Os pesquisadores descobriram que o aumento inesperadamente grande no fluxo de íons foi devido a uma interação sutil de uma série de fatores, incluindo a espessura do grafeno; interações entre íons e o líquido circundante; e as interações íon-poro, que enfraquecem quando os poros são ligeiramente dilatados. Existe um equilíbrio muito sensível entre os íons e seus arredores, Smolyanitsky disse.