納米尺度物質輸運研究取得新突破

中國經濟網北京10月25日訊（記者佘惠敏）記者從中國科學技術大學獲悉：近日，中國科大中科院材料力學行為和設計重點實驗室研究團隊與諾貝爾物理獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈-海姆教授研究團隊合作，在石墨烯納米通道水輸運方面取得重要研究進展，實驗製備出最小尺寸的納米通道，為新型納米流體器件的設計和開發提供了重要參考。

該成果發表在近日出版的國際權威學術期刊《自然》上，中國科大特任副研究員王奉超是該文的共同通訊作者。

石墨烯是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體，它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，研究人員提出了一種構築納米通道的新方法，把大小不同的石墨烯堆垛起來，形成尺寸在納米量級的毛細管道。這種超微小的毛細管道的尺寸調整精度可控制在0.34納米，是迄今為止實驗室內能製備的最小尺寸的納米通道。

納米尺度下的物質輸運一直是當今實驗和理論研究的焦點之一，尤其是當通道尺寸小至分子級別時，通道的表面性質及石墨烯與水之間的固液界面相互作用會對物質輸運起決定性作用。研究結果表明，在該納米通道中，水以一種近似無摩擦的狀態高速運動，但該通道中的流動細節和機理用目前的實驗手段難以表徵和分析。

中國科大研究團隊採用理論分析和分子模擬方法，研究了納米通道中的水傳輸機理，發現分子尺度下固液界面作用將增大水傳輸的驅動力，從而大大提高了水的輸運效率，使得納米尺度下的流體輸運表現出跟宏觀尺度截然不同的尺寸效應。該研究揭示了固液界面相互作用對納米流動行為具有決定性影響。

據王奉超介紹，利用石墨烯等二維材料精確構築的納米通道，為納米尺度物質輸運提供了新的平台和思路。該研究不僅對納米尺度下流體輸運機理的理解和認知產生重大影響，而且對新型納米流體器件的設計和開發具有重要參考意義。基於該方法製備的納米器件，有望進一步拓展石墨烯等二維材料在過濾、篩選、海水淡化和氣體分離等方面的應用。

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