受生物體組織膜的啟發(fā)，科學家們將芳綸納米纖維與氮化硼結(jié)合，構(gòu)建了一種既像骨一樣堅固又像軟骨一樣適合離子傳輸?shù)暮Ｑ竽芰渴占ぁ＿@項研究于12月18日發(fā)表在《焦耳》雜志上，它攻克了關于利用滲透能產(chǎn)生可再生能源的主要技術難關。

據(jù)了解，滲透能發(fā)電比太陽能和風能更加可靠。然而，常用于制造滲透膜的粘土、石墨烯氧化物和二硫化鉬納米材料在水中容易崩潰甚至解體。雖然近期開發(fā)的氮化硼納米膜耐高溫，物化性質(zhì)穩(wěn)定，但耐水時間依舊達不到預期的要求，當它們形成微觀裂紋時，便開始泄漏離子。

耐高溫的氮化硼納米膜

迪肯大學前沿材料研究所（IFM）高級研究員、澳大利亞首席科學雷偉偉（Weiwei Lei）說：“新一代的氮化硼復合膜將解決這個難題。”

美國首席科學家、密歇根大學工程教授尼古拉斯·科托夫（Nicholas Kotov）說：“滲透能對人類來說是一種巨大的資源，但它的應用受到高性能離子選擇膜可用性的嚴重限制。”

雷教授和科托夫決定攜手攻克這個難題，他們將生物組織作為藍圖，觀察到需要許多不同種類的高性能離子選擇膜來促進它們體內(nèi)的生物反應。他們指出，雖然軟組織，如軟骨、腎膜和基底膜，允許離子輕松通過，但它們是脆弱的。相比之下，骨骼非常堅固，但沒有有效的離子傳輸。

科托夫說：“我們找到了一種方法來‘嫁給’這兩種材料同時獲得這兩種性能，我們使用芳綸氮化硼復合材料，制成類似于軟骨的柔性纖維，并像骨骼一樣堅固。”

“我們的仿生納米復合膜具有一定的優(yōu)勢，如高魯棒性，比單一材料制成的膜更容易制造和提供更完善的功能。”雷說。

研究人員使用逐層組裝構(gòu)建了納米復合膜。這是一種重建層狀復合材料的方法，尤其適用于水技術。他們在氯化鈉溶液中將壓力施加給芳綸氮化硼膜的一個儲層上，觀察其電流變化，并與其他納米材料膜進行比較，發(fā)現(xiàn)狹窄的通道使芳綸氮化硼復合膜能夠比其他多孔復合材料更好地吸收鈉離子、排斥氯離子。他們還用氯化鈉反復沖洗約20個周期，來監(jiān)測膜的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)它在200小時后仍能保持最佳的功能。

“我們的新型復合膜厚度可調(diào)，在0~95°C 和pH 2.8~10.8下具有高度的穩(wěn)定性。”雷說。

該論文的主要作者劉丹（Dan Liu）也在IFM工作，他說：“廉價的組件和膜的使用壽命使海洋能源的獲取成為現(xiàn)實。”。

因此，芳綸氮化硼膜非常適合在產(chǎn)生滲透能的過程中，承受各種復雜的海水條件。研究人員還認為這項技術具有高度的可擴展性，特別是因為它的兩個組件都很便宜。芳綸納米纖維甚至可以從廢棄的芳綸織物中收集。

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