 До настоящего времени явление нано-размерного ионного транспорта оставалось тайной для исследователей. Последние исследования в университете Монаша позволили обнаружить новый, недорогой и надежный метод исследования путей, через которые ионы движутся сквозь крошечные, наноразмерные каналы. Исследование может дать ключ к таким приложениям, как хранение энергии высокой мощности, эффективное опреснение и биоэлектроника.
Раннее изучение нано-размерного ионного транспорта было возможным только путем разрезания нано каналов в процессе, известном как фотолитография. Этот метод был дорогостоящим, имел низкую степень успеха и ограниченное разрешение. Тем не менее, с помощью процесса, аналогичного бумажному производству, исследователи разработали методику на основе графена, чтобы сделать наноканалы, которые является простыми, недорогими и легко масштабируемыми.
Исследовательская работа демонстрирует нетрадиционный способ использования графена для изготовления наножидкостных устройств - нового инструмента исследования при масштабе длины, который не может быть достигнут с любым другим материалом. При этом исследователи могут раскрыть фундаментальное и при этом необычное поведение в переносе ионов в зависимости от размера канала по всем нанометровым масштабам.
Путем простой укладки нескольких слоев графена исследователи создали макроскопический материал мембраны, в котором находится ряд каскадных наноотверстий. Мельчайшие отверстия в мембране подобны лабиринту, через который должны путешествовать ионы, тем самым позволяя исследователям понимать движение ионов под уровнем ограничения ниже 10 нанометров.
Расстояние между слоями можно легко регулировать через манипулирование слабыми взаимодействиями между соседними слоями графена. Парадоксально, но было замечено, что ионы движутся при значительно более высоких скоростях с уменьшением расстояния, ускоряясь по извилистым дорожкам между графеновыми слоями под электрическим потенциалом.
Компьютерное моделирование стало незаменимым инструментом в исследовании, позволив исследовать ионные транспортные свойства в графеновых мембранах. Само исследование показывает аномальное масштабное соотношение для ионного транспорта в уникальной системе каскадных наноотверстий, заключенных в графеновые мембраны.
Нано-перенос ионного транспорта (или наноионика) имеет решающее значение для новых технологий, связанных с энергетикой, водой и биомедицины. Ранее возникали сложности по количественному изучению наноионики из-за отсутствия наноионных материалов с размером элемента, перестраиваемого по критическому нанометровому масштабе. Простота масштабируемого производства и отличная структурная настраиваемость делает новые графеновые мембраны исключительной экспериментальной площадкой для изучения новых и интересных явлений наноионики.
|
