Quando as folhas de nanomateriais bidimensionais como o grafeno são empilhadas umas sobre as outras, minúsculas lacunas se formam entre as folhas que têm uma ampla variedade de usos potenciais. Em pesquisa publicada na revista Nature Communications , uma equipe de pesquisadores da Brown University encontrou uma maneira de orientar essas lacunas, chamados nanocanais, de uma forma que os torna mais úteis para filtrar água e outros líquidos de contaminantes em nanoescala.

"Na última década, todo um campo surgiu para estudar esses espaços que se formam entre os nanomateriais 2-D, "disse Robert Hurt, professor da Escola de Engenharia de Brown e co-autor da pesquisa. "Você pode cultivar coisas lá, você pode armazenar coisas lá, e existe esse campo emergente da nanofluídica, onde você usa esses canais para filtrar algumas moléculas enquanto deixa outras passarem. "

Há um problema, Contudo, com o uso desses nanocanais para filtração, e tem a ver com a forma como esses canais são orientados. Como um caderno feito de folhas de papel empilhadas, as pilhas de grafeno são finas na direção vertical em comparação com seu comprimento e largura horizontais. Isso significa que os canais entre as folhas também são orientados horizontalmente. Isso não é ideal para filtração, porque o líquido tem que percorrer um caminho relativamente longo para ir de uma extremidade a outra de um canal. Seria melhor se os canais fossem perpendiculares à orientação das folhas. Nesse caso, o líquido só precisaria atravessar a altura vertical relativamente fina da pilha em vez do comprimento e largura muito maiores.

Mas até agora, Hurt diz, ninguém havia inventado uma boa maneira de fazer nanocanais de grafeno orientados verticalmente. Isso é até Muchun Liu, um ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Hurt, descobri uma nova maneira de fazer isso.

O método de Liu envolve o empilhamento de folhas de grafeno em um substrato elástico, que é colocado sob tensão para esticá-lo. Depois que as folhas são depositadas, a tensão no substrato é liberada, o que lhe permite contrair. Quando isso acontecer, a assembléia de grafeno no topo se transforma em picos e vales agudos.

"Quando você começa a enrugar o grafeno, você está inclinando as folhas e os canais para fora do plano, "disse Liu, que agora é pesquisador do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. "Se você enrugar muito, os canais acabam sendo alinhados quase verticalmente. "

Uma vez que os canais estão quase verticais, o conjunto é envolto em epóxi, e as partes superiores e inferiores são cortadas, que abre os canais por todo o material. Os pesquisadores apelidaram as assembleias de VAGMEs (membranas de grafeno alinhadas verticalmente).

"O que acabamos com é uma membrana com esses canais curtos e muito estreitos, através dos quais apenas moléculas muito pequenas podem passar, "Disse Hurt." Então, por exemplo, a água pode passar, mas contaminantes orgânicos ou alguns íons metálicos seriam grandes demais para serem eliminados. Para que você possa filtrá-los. "

O teste de prova de conceito demonstrou que o vapor de água pode passar facilmente através de um VAGME, enquanto o hexano - uma molécula orgânica maior - foi filtrado. Os pesquisadores planejam continuar desenvolvendo a tecnologia, com um olho em potenciais aplicações de filtragem industrial ou doméstica.