在許多基于膜的工業過程中，水流速度是一個限制因素，包括海水淡化、分子分離和滲透發電。

曼徹斯特大學國家石墨烯研究所(NGI) 的研究人員在Nature Communications 上發表了一項研究，表明當水通過由石墨烯制成的納米級毛細管時，摩擦力會急劇下降，而六方氮化硼 (hBN) 的摩擦力則與之類似。石墨烯的表面形貌和晶體結構，顯示出高摩擦。

該團隊還證明，可以通過用石墨烯覆蓋高摩擦力 hBN 通道來選擇性地控制水流速度，從而大大提高所謂的“智能膜”的滲透率和效率。

快速和選擇性的流體流動在自然界中很常見——例如，在稱為水通道蛋白的蛋白質結構中，它在動物和植物的細胞之間運輸水。然而，快速水流穿過原子平面的精確機制尚不完全清楚。

由Radha Boya 教授領導的曼徹斯特團隊的調查表明，與普遍認為所有疏水的原子平面應為水流提供很小摩擦的觀點相反，實際上摩擦主要由之間的靜電相互作用控制。流動的分子及其限制面。

該研究的第一作者Ashok Keerthi 博士說，雖然 hBN 具有與石墨烯和二硫化鉬相似的水‘潤濕性’，但令我們驚訝的是，水的流動完全不同。有趣的是，粗糙的石墨烯表面幾乎沒有埃深的凹痕/階地，或原子波紋狀的二硫化鉬表面，不會阻礙納米通道中的水流。

因此，原子級光滑的表面并不是石墨烯上無摩擦水流的唯一原因。相反，流動的水分子和受限的二維材料之間的相互作用在將摩擦傳遞給納米通道內的流體傳輸方面起著至關重要的作用。

博雅教授表示，我們已經證明，出口處覆蓋有石墨烯的納米通道顯示出增強的水流。這對于增加來自膜的水通量非常有用，尤其是在涉及蒸發的那些過程中，例如蒸餾或熱脫鹽。

了解液體摩擦和與孔隙材料的相互作用對于開發用于儲能和海水淡化等應用的高效膜至關重要。

這項最新研究增加了NGI 研究人員越來越有影響力的工作，因為曼徹斯特鞏固了其在納米流體研究前沿的地位，以改善廢水處理、制藥生產和食品飲料等行業的工業應用。

該研究的合著者（從左到右）：Yi You、Solleti Goutham、Radha Boya 和 Ashok Keerthi