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  近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國(guó)科學(xué)院材料力學(xué)行為和設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)與諾貝爾物理獎(jiǎng)得主、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Andre Geim教授研究團(tuán)隊(duì)合作，在石墨烯納米通道水輸運(yùn)方面取得了重要研究進(jìn)展。該成果以“Molecular transport through capillaries made with atomic-scale precision”為題發(fā)表在10月13日出版的國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nature上，王奉超特任副研究員是該文共同通訊作者。

  眾所周知，石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯不僅是一種最薄的材料，而且表面十分光滑。利用石墨烯的這一特點(diǎn)，研究人員提出了一種構(gòu)筑納米通道的新方法，該通道的尺寸調(diào)整精度可以控制在0.34納米，這是迄今為止實(shí)驗(yàn)室內(nèi)能制備的最小尺寸的納米通道。


  納米尺度下的物質(zhì)輸運(yùn)一直是當(dāng)今實(shí)驗(yàn)和理論研究的焦點(diǎn)之一，尤其是當(dāng)通道尺寸小至分子級(jí)別時(shí)，通道的表面性質(zhì)及固液界面相互作用會(huì)對(duì)物質(zhì)輸運(yùn)起決定性作用。研究結(jié)果表明，水在該納米通道中以一種近似無摩擦的狀態(tài)高速運(yùn)動(dòng)，然而該通道中的流動(dòng)細(xì)節(jié)和機(jī)理用目前的實(shí)驗(yàn)手段難以表征和分析。中國(guó)科大研究團(tuán)隊(duì)在該項(xiàng)工作中的核心貢獻(xiàn)是：采用理論分析和分子模擬研究了納米通道中的水傳輸機(jī)理，研究發(fā)現(xiàn)分子尺度下固液界面作用將增大水傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)力，從而大大提高了水的輸運(yùn)效率，使得納米尺度下的流體輸運(yùn)表現(xiàn)出跟宏觀尺度截然不同的尺寸效應(yīng)。該研究揭示了固液界面相互作用對(duì)納米流動(dòng)行為具有決定性影響。

  利用石墨烯等二維材料精確構(gòu)筑的納米通道，為納米尺度物質(zhì)輸運(yùn)提供了新的平臺(tái)和思路。該研究不僅對(duì)納米尺度下流體輸運(yùn)機(jī)理的理解和認(rèn)知產(chǎn)生重大影響，而且能夠?yàn)樾滦图{米流體器件的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供重要參考意義�；谠摷{米通道的設(shè)計(jì)方案制備的納米器件，將進(jìn)一步強(qiáng)化石墨烯等二維材料在過濾、篩選、海水淡化及氣體分離等方面的應(yīng)用。

  附論文鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/v538/n7624/full/nature19363.html