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近日，美國南卡羅來納大學的工程師研製出世界上最薄的氧化石墨烯過濾膜。這種薄膜擁有較高的滲透選擇性——氫氣和氦氣能夠輕易通過這種薄膜，而其他氣體，例如二氧化碳、氧氣、氮氣、一氧化碳以及甲烷等通過的速度則要慢得多。並且，它最大的特點在於其厚度不到2納米。相關研究成果日前發表於《科學》。
「氫氣的動力學直徑為0.289納米，二氧化碳的動力學直徑是0.33納米。雖然二者的差別很小，只有0.44納米，但這種差別足夠產生不同的滲透效果。」該校工程計算學院化學工程師，同時也是該研究團隊負責人餘淼（音譯）說，「我們研製的薄膜就像一個篩子。大分子無法通過它，而小分子卻可以。」
「這項研究的突破在於將薄膜的厚度減小一個數量級，這也是分離技術的重大突破。」餘淼說。
據介紹，傳統此類薄膜由氧化石墨烯片層層覆蓋而成—— 一片一片寬度為500納米，厚度為1個原子直徑的氧化石墨烯被排列在一個面積為2平方釐米的圓形區域。這一過程就像在一個桌子上鋪滿撲克牌。
而這種製造方法的缺點在於，很難保證所有區域都被「撲克牌」覆蓋，總會出現空白區域。在過濾薄膜工作時，氣體分子會試圖穿過其所發現的孔隙，而薄膜上有兩種孔隙：氧化石墨烯片上的孔隙，氧化石墨烯片之間的孔隙。
所以，氧化石墨烯片之間的孔隙，就成為氣體分離技術發展的一個障礙。這也是為何傳統此類薄膜很厚的原因。「（薄膜的厚度）至少有20納米。」餘淼說，如果過薄的話，任何小尺寸的物體以及氣體分子都能很容易地從這種不規則的孔隙之間通過。
而餘淼團隊設計了這種製造不含有孔隙薄膜的技術。他們將氧化石墨烯打成不均勻混合的混合物，在加水之後，利用聲波降解法和離心分離技術，得到了均勻的氧化石墨烯懸浮液。最後，通過簡單過濾之後，懸浮液被塗在氧化鋁基質上，進而獲得了新型過濾膜。（來源：中國科學報 邱銳/編譯）