研究的共同作者(从左到右):Yi You, Solleti Goutham, Radha Boya和Ashok Keerthi
在许多基于膜的工业过程中，水流的速度是一个限制因素，包括海水淡化、分子分离和渗透发电。
曼彻斯特大学国家石墨烯研究所(NGI)的研究人员在《自然通讯》(Nature Communications)上发表了一项研究，表明当水通过石墨烯制成的纳米级毛细血管时，摩擦显著减少，而六方氮化硼(hBN)具有与石墨烯相似的表面形貌和晶体结构，具有较高的摩擦性能。
该团队还证明，通过用石墨烯覆盖高摩擦hBN通道，可以有选择地控制水的速度，从而大大提高所谓的“智能膜”的渗透和效率。
快速和有选择性的流体流动在自然界中很常见——例如，在动物和植物细胞之间运输水的一种叫做水通道蛋白的蛋白质结构中。然而，水在原子平面上快速流动的精确机制还没有被完全理解。
由Radha Boya教授领导的曼彻斯特小组的研究，已经表明——与普遍认为的所有疏水的原子平面应该为水流提供很少的摩擦相反——事实上，摩擦主要是由流动分子和它们的封闭表面之间的静电相互作用控制的。
Ashok Keerthi博士是该研究的第一作者，他说:“尽管hBN与石墨烯和二硫化钼具有相似的水‘润湿性’，但让我们吃惊的是，水的流动完全不同。有趣的是，粗糙的石墨烯表面只有几埃深的凹痕/阶地，或原子波纹的MoS2表面，并没有阻碍水在纳米通道中的流动。”
因此，原子光滑的表面并不是石墨烯上无摩擦水流的唯一原因。相反，流动的水分子和二维材料之间的相互作用在纳米通道内传递流体的摩擦中起着至关重要的作用。
Boya教授说:“我们已经证明，在出口处覆盖石墨烯的纳米通道显示出了增强的水流。这对于增加膜的水通量非常有用，特别是在涉及蒸发的过程中，如蒸馏或热脱盐。”
理解液体与孔隙材料的摩擦和相互作用，对于开发用于能源存储和海水淡化等应用的高效膜至关重要。
这项最新研究增加了NGI研究人员越来越有影响力的工作，曼彻斯特大学加强了其在纳米流体研究的前沿地位，以改善废水处理、制药生产和食品和饮料等部门的工业应用。
原文检索：Water friction in nanofluidic channels made from two-dimensional crystals
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