石墨烯在高压力下举起

石墨烯，组成原子薄格的碳，一张纸看上去相当脆弱。但在麻省理工学院的工程师们已经发现超薄材料是异常坚固，保持完整的至少 100 酒吧应用压力。这是相当于产生的一个典型的厨房水龙头压力的 20 倍左右。

在左边，原子力显微镜图像显示纳米多孔石墨烯膜后在 100 酒吧的爆破试验。该图像显示失败的 micromembranes （黑暗的黑色区域） 排列在石墨烯的皱纹。在右边，两个放大的扫描电镜图像的石墨烯膜显示之前 （上） 和后一阵测试在压差的 30 家酒吧。图片说明膜失败是沿皱纹的内在缺陷与相关联。

对承受如此高的压力，研究人员发现，关键配对石墨烯与薄层的底层支持上累累微小的孔洞，或毛孔。承印物上的小毛孔，更富弹性的石墨烯是在高压力下。

罗希特尼克，在麻省理工学院机械工程系副教授说，团队的研究成果，今天的纳米快报服务 》 杂志上报道，作为设计艰难的、 基于石墨烯的膜，如咸水淡化，特别是申请的指导方针中的过滤膜必须有效地承受高压流向除去盐分从海水。

“我们在此表明，石墨烯具有潜力推动高压膜分离的界限，”尼克说。”如果能开发出基于石墨烯的膜做高压海水淡化，然后它打开了很多有趣的可能性为高盐度下节能的海水淡化。

尼克的合著者是第一作者和麻省理工学院博士后旅大王、 前本科学生克里斯托弗 · 威廉姆斯、 前研究生迈克尔 Boutilier 和博士后 Piran Kidambi。

强调水

今天的现有膜淡化水通过反渗透，其中含盐水，跨越细胞膜推纯净水，盐和其它分子却不准通过过滤膜的一侧施加了压力的过程。

很多商业化膜淡化海水的 50 到 80 的酒吧，他们倾向于其上方蒙受性能或得到碾压应用压力。如果膜能够承受更高的压力，100 条或更多，他们会通过恢复更多的新鲜水启用更有效淡化的海水。高压膜可能也能净化极咸水、 卤水从通常是过于集中膜推纯净水的海水淡化等。

“它是很清楚，对水源的压力不会消失任何时间很快和海水淡化的形式的新鲜水的主要来源，”尼克说。”反渗透是海水淡化能量的最有效方法之一。如果膜可在更高的压力，这将允许高水恢复在高能源效率。

把压力

尼克和他的同事们设置了实验，看看他们能走多远的石墨烯的压力耐受性。过去的仿真预测，石墨烯，放在多孔支撑，可以保持不变在高压力下。然而，没有直接的实验证据支持直到现在这些预测。

研究人员增长石墨烯使用一种叫做化学气相沉积技术，然后放置单一层石墨烯上薄薄的多孔聚碳酸酯。每个工作表的设计，一个特定的大小，从 30 纳米到 3 微米直径的毛孔。

为了衡量石墨烯的坚固，研究人员集中在他们所称的”micromembranes”— — 被停职基板的毛孔，类似于细 meshwire 躺在瑞士奶酪孔石墨烯的领域。

团队的石墨烯-聚碳酸酯膜真空室，中心放在的上半部分的他们泵浦氩气体，使用压力调节器的控制气体的压力和流量。研究人员还测量气体流量在底部一半的分庭，推理任何增加在底部一半的流量会表明，石墨烯膜部分失败了，或”爆，”从压力在上半部分的分庭中创建。

他们发现，石墨烯，放在了 200 纳米宽的毛孔或更小，承受住了压力的 100 条 — — 近两倍，在海水淡化中通常遇到的压力。由于基础毛孔的大小减少，研究者观察到完好无损的 micromembranes 数目增加。尼克说，这是至关重要确定石墨烯的坚固的孔隙大小。

“石墨烯，犹如一座吊桥，和施加的压力是这样的人站在这座桥，”尼克解释道。如果五人可以站在一座短桥，那重量或压力，就是确定。但如果这座桥，用同一根绳子，被暂停在更大的距离，它体验更多的压力，因为更多的人正站在它。

多孔设计

“我们显示石墨烯能够承受高压力，”主要作者旅大王说。”仍然是在大尺度上显示的其他部分是，它可以淡化吗？”

石墨烯可以换句话说，有选择性地过滤掉水从海水中同时容忍高压力呢？回答这个问题的第一步，集团制备纳米多孔石墨烯作为一个非常简单的石墨烯筛选器。研究人员使用一种技术，他们曾开发出蚀刻在石墨烯纳米级孔。然后他们暴露这些床单到不断增加的压力。

一般情况下，他们发现，在石墨烯的皱纹很多跟是否 micromembranes 不会破裂，无论施加的压力。躺在沿皱纹失败或破裂，即使在压力低至 30 家酒吧，而那些蠢蠢欲动原封达 100 酒吧在压力下的多孔石墨烯的部分。并再次，基板的小毛孔，更有可能 micromembranes 多孔石墨薄膜中的生存，甚至在满是皱纹的地区。

“作为一个整体，这项研究告诉我们单层石墨烯具有承受极高压力，潜力和 100 酒吧不是极限 — — 它是在某种意义上，舒适，只要孔隙大小的石墨烯坐上是足够小，”尼克说。”我们的研究提供指引如何设计石墨烯膜和支持不同的应用程序和范围的压力”。

这项研究部分，由麻省理工学院能源倡议和美国能源部支持。