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3-D纳米薄膜是生物学的借口

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-15 】 点击次数:
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)和伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)的科学家团队模仿肾脏的结构,制造出了一种三维纳米(nm)薄膜,该薄膜打破了渗透选择性贸易。人造膜。
用于超快速选择性传质的3D纳米薄膜的示意图。王同帅/伊利诺伊大学插图。图片来源:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室
 
高渗透性和选择性的膜可用于广泛的应用,例如透析,水净化和能量存储。然而,由于其固有的有限的表面积和长的复杂的孔几何形状,基于二维结构的常规合成膜遭受渗透性和选择性之间的折衷限制。
 
以从一个线索生物系统,通过使用高效的3 d功能结构实现一种高选择性,快速跨膜质量输运,团队开发了两个3-d构成的自支持性3-d膜相互连接信道,其被分离纳米级的多孔氧化钛(TiO2)层。
 
这种独特的仿生3D结构极大地增加了表面积,从而使过滤面积增加了6,000倍,并具有穿过2-4-nm薄选择层的超短扩散距离。这些特征提供了3-D膜的高分离性能和快速的传质特性。
 
LLNL材料科学家Jianchao Ye说:“我们的研究表明3-D膜的设计具有克服常规合成膜局限性的巨大潜力。”
 
“这项工作的结果也为开发高性能纳米多孔膜提供了基本的设计标准,”现任伊利诺伊大学芝加哥分校的前LLNL科学家桑吉尔·金说。
 
研究小组表示,新型3D膜在生物医学工程和能量存储领域具有广阔的应用前景,例如用于硫化锂和氧化锂电池的膜。
 
“这项工作中展示的3D仿生膜设计最终将使高性能植入式血液透析系统和人造膜肺的开发成为可能,从而改变成千上万患有全肾和永久性肾衰竭和肺衰竭的美国人的生活,” LLNL的科学家兼合著者Juergen Biener说。
 
该团队还指出,可以通过使用3-D打印和机器学习技术进行几何优化来进一步提高性能,这将导致在膜领域的巨大研究机会。
 

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