科学家创造迄今为止最大的无缺陷晶圆级单壁碳纳米管膜

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基于膜的系统作为低能耗替代品,在淡化,药物回收,纯化和废物处理等应用中具有巨大潜力。


劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家创造了迄今为止最大的无缺陷膜,该膜充分利用了碳纳米管作为流动通道的独特传质特性。


这项工作最近在线发表在《高级科学》杂志上(“具有超凡性能的超渗透单壁碳纳米管膜”)。

科学家创造迄今为止最大的无缺陷晶圆级单壁碳纳米管膜

面积为60 cm 2的碳纳米管膜可完全排斥水溶液中的纳米级染料(直接蓝71),同时又能非常快速地输送水。这种类型的测试表明膜具有高选择性和出色的渗透性。


具有化学选择性的材料能够以高速率选择性转运分子,是开发性能优于最新产品的先进膜系统的关键。碳纳米管:比人的头发细50,000倍的全碳通道,属于此类极有前途的膜构建块。与传统的多孔材料不同,这些微小的通道可实现极快的气体和液体流动,随着管子的变小,其流动速度甚至会更快。


为了获得这些非凡材料的最大益处,最大化跨膜的开放式碳纳米管的密度至关重要。LLNL的研究人员在4英寸的硅晶片上生长了高密度的单壁纳米管,并用它们制造出了具有出色的大规模运输性能的膜。


主要作者和LLNL博士后研究员Melinda Jue说:“在不引入泄漏的情况下扩大碳纳米管膜的尺寸并不是一件容易的事。” “我们严格控制和表征我们的膜,以确保在使用它们准确测量流量增强之前,它们没有缺陷。”


在这些大面积膜中,导电纳米管的数量是以前达到的十倍。


“通过使用高密度的碳纳米管作为传输途径,我们能够制造出比理论预测的透水性高出6200倍的膜,并且其水流量比具有类似孔径的市售膜大10倍,” LLNL科学家领导该项目的Francesco Fornasiero。


研究团队在量化碳纳米管促成的传输增强的同时,研究了这些大面积碳纳米管膜的纳滤能力。


“您可以想象使用这些膜来有效分离高盐溶液,从而在去除盐分的同时浓缩更有价值的成分。” 爵说。


由于结垢而导致的性能下降是膜技术广泛应用的主要障碍,而要抵消其影响,则需要使用刺激性化学物质处理膜。碳纳米管和聚合物基体的坚固特性还导致出色的化学稳定性,从而易于清洁膜。“然后,当膜变脏时,您可以用漂白剂清洁它,而不必像典型的聚合物膜那样担心降解,” Jue说。


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