武漢大學(xué)/湖南大學(xué)袁荃和美國加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒等人組成的研究團(tuán)隊，采用石墨烯納米篩和碳納米管相結(jié)合的方法，制備出二元結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜，兼具有較強(qiáng)的選擇性分離效率和一定的機(jī)械強(qiáng)度，可應(yīng)用于海水淡化。

此前的理論計算證明，相比傳統(tǒng)海水淡化膜，石墨烯制成的單層納米孔二維薄膜具有超高的選擇性分離效率。然而，大面積石墨烯內(nèi)部存在的晶界會降低石墨烯的機(jī)械性能，引入納米孔的過程將會進(jìn)一步降低機(jī)械性能，導(dǎo)致分離薄膜容易發(fā)生局部破裂，降低分離效率和分離選擇性。

研究人員介紹，碳納米管具有優(yōu)異的機(jī)械性能，并且與石墨烯的結(jié)構(gòu)類似。由碳納米管搭接形成的碳納米管薄膜，不僅可以與石墨烯的結(jié)構(gòu)完美匹配，也不會影響水滲透率。因此，研究團(tuán)隊想到將納米孔石墨烯與碳納米管結(jié)合來彌補(bǔ)上述缺陷。他們先在銅箔上生長出一層單層石墨烯，再在上面的一些區(qū)域覆蓋相互連通的碳納米管網(wǎng)絡(luò)，將銅箔溶蝕掉之后就得到了一張?zhí)技{米管支撐的石墨烯薄膜。這種薄膜可以不經(jīng)聚合物支撐，在懸空、彎曲、拉張時不產(chǎn)生明顯裂縫。測試和計算結(jié)果顯示，薄膜能承受380.6MPa應(yīng)力，楊氏模量達(dá)到9.7GPa，相當(dāng)于納米孔石墨烯薄膜2.4倍的拉伸剛度和10000倍的彎曲剛度。

此外，相較于商用的三乙酸纖維素淡化膜，新型石墨烯納米篩/碳納米管薄膜的水滲透率提高了100倍，抗污染能力更強(qiáng)。而且由于不受內(nèi)部濃差極化效應(yīng)制約，薄膜在高濃度鹽環(huán)境下仍然可以保持較高的水滲透率。

目前的石墨烯海水淡化膜分為兩類，一類是以麻省理工學(xué)院科研團(tuán)隊為代表所研究的單原子層厚的納米多孔薄膜。但單原子層厚的石墨烯機(jī)械強(qiáng)度較弱，所以實(shí)驗(yàn)研究中用到的石墨烯都用了聚合物膜支撐，并且直接通過高能電子束轟擊或氧等離子體刻蝕在石墨烯內(nèi)部引入亞納米孔，孔徑分布范圍較廣，極大地降低了分離效率，所以無法應(yīng)用于實(shí)際。

另外一類是諾貝爾物理學(xué)獎得主、曼徹斯特大學(xué)教授Andre Geim團(tuán)隊研究的氧化石墨烯膜。氧化石墨烯容易量產(chǎn)，但是氧化石墨烯膜浸潤在溶液中之后，氧化石墨烯片層之間會吸水?dāng)U大層間距，降低了海水淡化效率，因此現(xiàn)有的研究工作主要集中于如何控制氧化石墨烯片層之間的層間距。

此次制成的新型石墨烯納米篩/碳納米管薄膜不需要聚合物支撐就結(jié)實(shí)耐用，并兼具多種滲透效率優(yōu)點(diǎn)，為石墨烯應(yīng)用于海水淡化打開了一條新的思路。若解決量產(chǎn)問題，未來人們或?qū)⒛芎壬稀笆┑薄?/p>

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