A velocidade do fluxo de água é um fator limitante em muitos processos industriais baseados em membrana, incluindo dessalinização, separação molecular e geração de energia osmótica.

Pesquisadores do National Graphene Institute (NGI) da Universidade de Manchester publicaram um estudo em Nature Communications mostrando uma diminuição dramática no atrito quando a água é passada através de capilares em nanoescala feitos de grafeno, enquanto aqueles com nitreto de boro hexagonal (hBN) - que tem uma topografia de superfície e estrutura cristalina semelhantes ao grafeno - exibem alto atrito.

A equipe também demonstrou que a velocidade da água pode ser controlada seletivamente cobrindo os canais de hBN de alta fricção com grafeno, abrindo a porta para uma permeação e eficiência muito aumentadas nas chamadas 'membranas inteligentes'.

Fluxos de fluido rápidos e seletivos são comuns na natureza, por exemplo, em estruturas de proteínas chamadas aquaporinas, que transportam água entre as células de animais e plantas. Contudo, os mecanismos precisos de fluxos rápidos de água através de superfícies atomicamente planas não são totalmente compreendidos.

As investigações da equipe de Manchester, liderado pela Professora Radha Boya, mostraram que - em contraste com a crença generalizada de que todas as superfícies atomicamente planas que são hidrofóbicas deveriam fornecer pouco atrito para o fluxo de água - na verdade, o atrito é governado principalmente por interações eletrostáticas entre as moléculas que fluem e suas superfícies confinantes.

Dr. Ashok Keerthi, primeiro autor do estudo, disse:"Embora o hBN tenha uma 'molhabilidade' em água semelhante ao grafeno e MoS2, nos surpreendeu que o fluxo de água seja totalmente diferente. Interessantemente, superfície rugosa de grafeno com poucos entalhes / terraços profundos de angstroms, ou superfície MoS2 atomicamente corrugada, não impediu o fluxo de água em nanocanais. "

Portanto, uma superfície atomicamente lisa não é a única razão para o fluxo de água sem atrito no grafeno. Em vez disso, as interações entre as moléculas de água que fluem e os materiais 2D de confinamento desempenham um papel crucial em transmitir o atrito ao transporte de fluido dentro dos nanocanais.

O professor Boya disse:"Nós mostramos que os nanocanais cobertos com grafeno nas saídas exibem fluxos de água aprimorados. Isso pode ser muito útil para aumentar o fluxo de água das membranas, especialmente nos processos em que a evaporação está envolvida, como destilação ou dessalinização térmica. "

Compreender a fricção do líquido e as interações com os materiais dos poros é vital para o desenvolvimento de membranas eficientes para aplicações como armazenamento de energia e dessalinização.

Este último estudo contribui para um corpo de trabalho cada vez mais influente dos pesquisadores do NGI, enquanto Manchester reforça sua posição na vanguarda da pesquisa nanofluídica em direção a aplicações industriais aprimoradas para setores, incluindo tratamento de águas residuais, produção farmacêutica e alimentos e bebidas.