石墨烯纳米通道水输运研究取得突破

近日，中国科大中科院材料力学行为和设计重点实验室研究团队与诺贝尔物理奖得主、英国曼彻斯特大学安德烈·海姆教授研究团队合作，在石墨烯纳米通道水输运方面取得重要研究进展，实验制备出最小尺寸的纳米通道，为新型纳米流体器件的设计和开发提供了重要参考。

该成果发表在10月13日出版的国际权威学术期刊《自然》上。

石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，它不仅是一种最薄的材料，而且表面十分光滑。利用石墨烯的这一特点，研究人员提出了一种构筑纳米通道的新方法，把大小不同的石墨烯堆垛起来，形成尺寸在纳米量级的毛细管道。这种超微小的毛细管道的尺寸调整精度可控制在0.34纳米，是迄今为止实验室内能制备的最小尺寸的纳米通道。

纳米尺度下的物质输运一直是当今实验和理论研究的焦点之一，尤其是当通道尺寸小至分子级别时，通道的表面性质及石墨烯与水之间的固液界面相互作用会对物质输运起决定性作用。研究结果表明，在该纳米通道中，水以一种近似无摩擦的状态高速运动，但该通道中的流动细节和机理用目前的实验手段难以表征和分析。

中国科大研究团队采用理论分析和分子模拟方法，研究了纳米通道中的水传输机理，发现分子尺度下固液界面作用将增大水传输的驱动力，从而大大提高了水的输运效率，使得纳米尺度下的流体输运表现出跟宏观尺度截然不同的尺寸效应。该研究揭示了固液界面相互作用对纳米流动行为具有决定性影响。（刘标）