Sciencemag.cz
Doporučujeme
Na MITu přišli na způsob, jak už přímo při laboratorní výrobě grafenu zajistit, aby ve struktuře povrchu vznikly otvory o definované velikosti. Pro prakticky veškeré možné využití v elektronice by něco takového bylo nežádoucí, póry by nicméně mohly umožnit efektivní filtraci určitých molekul.
Prototyp grafenového filtru má prozatím velikost poštovní známky. Uvažuje se o tom, že by mohl najít využití např. při dialýze. Zde se pro filtraci na základě velikosti molekul používají tlusté polymerní membrány, monomolekulární vrstva grafenu by mohla dialýzu výrazně urychlit. Obecně se takový filtr hodí pro řadu biochemických separací.
Velikost otvorů v grafenu lze celkem jednoduše řídit pomocí teploty. Zatím pouze v laboratoři, nicméně techniku by neměl být problém integrovat do průmyslově využívaných postupů pro výrobu grafenu. Postupuje se totiž stejně jako při výrobě grafenu pomocí chemické depozice par (CVD) na měděném substrátu. Při teplotě kolem 1000 ºC vzniká vrstva grafenu, při snížení teploty na 850–900 ºC se v ní objevují kazy – příslušné póry o rozměrech v řádu nanometrů. Zatím byla připravena síta s otvory o velikosti 2-3 nanometry (pro srovnání velikosti molekul: chlorid draselný nebo tryptofan 0,7 nanometrů, vitamín B12 1,5 nanometrů, vaječný protein lysozym – cca 4 nanometry).
S jinými technikami pro vytváření póru v grafenu – dosud se zkoušelo např. aplikovat kyslíkové plazma, paprsky iontů apod. – jsou větší problémy (v těchto případech se nejprve vyrobil klasický „bezporuchový“ grafen a otvory vytvářely až dodatečně).
Nový filtr má omezenou mechanickou odolnost – při monomolekulární tloušťce ani není divu. Pokud bychom přes něj pod tlakem zkusili filtrovat roztok, větší molekuly filtr prostě roztrhají. Pod grafen ale lze dát zpevňující vrstva podkladového polymeru. Ta už je relativně tlustá, takže kdyby měla póry stejně velké jako v grafenu, proces by se zase zpomaloval. Díry v polymeru jsou proto navrženy tak aby byly podstatně větší, zpevňuje, ale nebrzdí. Grafen vyrobený na měděném substrátu se v roztoku přitiskne na polymer a měděnou vrstvu pak lze oddělit.
Na výzkumu publikovaném v Advanced Materials se podíleli i specialisté z Oxford University, National University of Singapore a Oak Ridge National Laboratory.
Facile Fabrication of Large‐Area Atomically Thin Membranes by Direct Synthesis of Graphene with Nanoscale Porosity. Advanced Materials. doi.org/10.1002/adma.201804977
Zdroj: Phys.org a další
