受生物體組織膜的啟發(fā)，科學(xué)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?。這項研究于12月18日發(fā)表在《焦耳》雜志上，它攻克了關(guān)于利用滲透能產(chǎn)生可再生能源的主要技術(shù)難關(guān)。

      據(jù)了解，滲透能發(fā)電比太陽能和風(fēng)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(yù)期的要求，當(dāng)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(xué)前沿材料研究所（IFM）高級研究員、澳大利亞首席科學(xué)雷偉偉（WeiweiLei）說：“新一代的氮化硼復(fù)合膜將解決這個難題?！?br />
      美國首席科學(xué)家、密歇根大學(xué)工程教授尼古拉斯·科托夫（NicholasKotov）說：“滲透能對人類來說是一種巨大的資源，但它的應(yīng)用受到高性能離子選擇膜可用性的嚴(yán)重限制?！?br />
 
      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(yīng)。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(fù)合材料，制成類似于軟骨的柔性纖維，并像骨骼一樣堅固?！?br />
      “我們的仿生納米復(fù)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(fù)合膜。這是一種重建層狀復(fù)合材料的方法，尤其適用于水技術(shù)。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(fù)合膜能夠比其他多孔復(fù)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(fù)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(fù)合膜厚度可調(diào)，在0~95°C和pH2.8~10.8下具有高度的穩(wěn)定性?！崩渍f。

      該論文的主要作者劉丹（DanLiu）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(fù)雜的海水條件。研究人員還認為這項技術(shù)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。