来自麻省理工学院和其他大学的一组科学家首次提出了一种可扩展的生产石墨烯的方法，该石墨烯用于过滤各种分子（盐，离子，蛋白质和纳米粒子）所必需的超薄膜中。 这种新方法需要4个小时才能制成宽度为1厘米，长度为10米的石墨烯带。 该方法可以缩放以进行连续工业生产。
基于石墨烯的膜可用于脱盐，分离生物材料和其他目的。
麻省理工学院生产实验室主任约翰·哈特（John Hart）领导了这项研究，来自美国和新加坡大学的科学家以及加州理工学院的专家Andrei Vyatskikh参加了这项研究。 “在过去的几年中，科学家认为石墨烯是制造超薄膜的有前途的材料。 哈特说，我们的研究代表了世界上第一种生产用于膜的石墨烯的方法，该膜要求具有无缝性和高质量材料等特性。
石墨烯是由单层碳原子形成的蜂窝状晶格，即使对于最小的原子-氦，它也持久且不渗透。 科学家利用这种特性来制造膜：在石墨烯片中制成所需大小的纳米孔，将允许特定的分子通过。
制备石墨烯的主要方法是
化学气相沉积 ，其中将铜箔暴露于碳和其他气体的化学化合物中以在其上沉积碳。 迄今为止，该方法仅允许在实验室条件下，以手动模式和小批量生产膜。
为了生产用于商业目的的膜，必须建立一个连续的过程-从小块开始，不可能制造足够数量的材料。 用于某些目的的膜可能足够大，这对于实验室条件来说也成为不可能完成的任务。
哈特和他的同事们希望他们创造的方法将使他们能够以工业规模建立生产并将其商业化。 科学家在生产链中结合了轧辊技术和化学气相沉积。
卷技术-在塑料或箔的柔性卷上制造电子设备的过程。 在这种情况下，科学家将宽度小于1厘米的长条铜箔作为基础。 该系统由两个线圈组成，两个线圈之间放置一个小炉子。 一个线圈展开一条箔带，该箔带依次穿过两条管道。
将第一根管加热到1000摄氏度的所需温度。 在第二根管中，胶带受甲烷和氢气比率的影响，甲烷和氢气的比率沉积在加热的箔片上以产生石墨烯。 科学家注意到，石墨烯首先定居在岛上，然后长成单片叶子。 哈特说：“离开烤箱后，石墨烯完全将铝箔覆盖了一层，就好像是长披萨一样。”
将一条材料条缠绕在第二卷上，然后蚀刻铜箔，并用孔隙大于石墨烯孔的聚合物基材替换，以使材料不会卷曲并失去其形状。 科学家对以不同进料速率获得的膜样品进行了扩散测试。 他们过滤了水，盐和其他分子，结果，他们确认了过滤性能可与实验室中使用标准手动生产方法获得的膜相媲美。
新系统以每分钟5厘米的速度，可以在4小时内生产约10米的石墨烯带。 可以通过改变箔的进给速度和带的宽度来缩放该过程，以获得用于不同目的所必需的不同质量的材料。
石墨烯是用于各种领域的有前途的材料之一。 IDTechEx洞察力专家
预测 ，使用这种材料的产品
的市场增长到2027年将达到3亿美元。 科学家和商业公司正在生物芯片中使用石墨烯来提高其在光电传感器和其他电子设备中的灵敏度。 科学家已经能够提高蚕的强度，
以昆虫的石墨烯
为食。 基于二维碳的产品在商业上取得成功的障碍之一，已经成为其工业规模生产的困难，当今世界上不同国家的研究人员正在研究这一问题。
科学工作发表在《应用材料与界面》杂志上。
DOI：10.1021 / acsami.8b00846 /