2019年12月19日
研究人员从活体组织中存在的膜中获得线索，通过将氮化硼与芳纶纳米纤维（用于凯夫拉）结合，构建了一种新型膜。
这张图描绘了用于有效收集蓝色能量的仿生纳米复合膜。图片来源：Chen等人。
这项研究的目的是获取海洋能量，这种能量不仅像骨骼一样强壮，而且适合运输离子，与软骨非常相似。
该研究解决了利用渗透能量 - 盐度和淡水之间盐度和压力梯度差异的技术的显着设计并发症 - 产生丰富的可再生能源的丰富和环保的形式。该研究已发表于此焦耳《华尔街日报》12月18日th, 2019.
与风能和太阳能农场相比，渗透能发电机每天的变化不大。因此，与这些绿色能源主食相比，它们更加可靠。
然而，通常用于膜的MXene、氧化石墨烯、粘土和二硫化钼纳米材料通常在水中崩塌和分解。亚博网站下载
氮化硼基纳米片最近显示出巨大的潜力；例如，它们不易与其他物质发生反应，并且随着温度的升高而继续保持稳定。
然而，即使是基于氮化硼的膜也不足以长时间耐水，并且当它们产生微小裂纹时，它们很快开始泄漏离子。
新型先进的氮化硼复合膜以其新颖而坚固的性能将解决这一问题，目前对氮化硼复合膜的需求量很大.
雷伟伟，迪肯大学前沿材料研究所项目首席科学家和高级研究员亚博网站下载
“渗透能是人类的巨大资源，但其应用受到高性能离子选择性膜可用性的严重限制“密歇根大学的工程学教授和美国的首席研究员Nicholas Kotov说。
Lei、Kotov和他们的合作者继续利用生物的身体组织作为蓝图来解决这个问题。他们随后观察到，需要几种不同种类的高性能离子选择性膜来促进生物体内的生物反应。
研究人员还观察到，虽然软组织，如基底膜、肾膜和软骨，使离子容易通过，但它们既脆弱又脆弱。另一方面，骨骼非常坚硬，不能有效地传输离子，这是一个缺点。
我们找到了一种方法，将这两种材料“结合”在一起，同时获得这两种性能，使用芳纶纳米纤维制造类亚博网站下载似于软骨的柔性纤维材料，使用氮化硼制造类似于骨的血小板.
密歇根大学首席科学家、工程教授Nicholas Kotov
“我们的仿生纳米复合膜具有某些优点，例如，与单一材料制成的膜相比，具有高鲁棒性、易于制造和提供更大的多功能性”雷补充道。
科学家们用一层一层的组装方法来制造这种混合膜。这项技术用于再生层状复合材料，特别适用于水处理技术。
然后，科学家们对浸泡在氯化钠溶液中的芳纶氮化硼膜的单个储液罐施加压力，以监测其电流，然后将其与其他类型的纳米材料膜进行比较。
他们观察到，芳纶氮化硼膜的窄通道使其比其他类型的多孔复合材料更好地排斥氯离子和吸引钠离子。
此外，Lei、Kotov和合作者在氯化钠溶液中反复清洗膜20个周期，以跟踪其稳定性，并观察到膜即使在200小时后仍能以最佳方式工作。
“我们的新型复合膜厚度可调，在0至95摄氏度的温度和pH值为2.8至10.8的条件下具有高稳定性”雷补充道。
廉价的组件和膜的使用寿命使得获取海洋能源成为现实.
刘丹，迪肯大学前沿材料研究所研究主要作者亚博网站下载
总的来说，科学家们得出结论，芳纶氮化硼膜在产生渗透能的同时，能够完全耐受各种不同的条件。
根据研究人员的说法，这项新技术具有极强的可扩展性，特别是因为其组件成本较低。可以从废弃的Kevlar织物中获取芳纶纳米纤维。
“这些是迄今为止性能最好的膜”科托夫补充道.“但是，它们尚未完全优化。甚至可以获得更好的性能.”
该研究主要由澳大利亚研究委员会发现早期职业和澳大利亚研究委员会发现计划提供支持。研究作者没有宣布任何竞争利益。
资料来源：https://www.cell.com/