近日，我校中国科学院材料力学行为和设计重点实验室的研究团队与诺贝尔物理奖得主、英国曼彻斯特大学Andre Geim教授研究团队合作，在石墨烯纳米通道水输运方面取得了重要研究进展。该成果以“Molecular transport through capillaries made with atomic-scale precision”为题刊登在10月13日出版的国际权威学术期刊Nature上，我校王奉超特任副研究员是该文共同通讯作者。
众所周知，石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯不仅是一种最薄的材料，而且表面十分光滑。利用石墨烯的这一特点，研究人员提出了一种构筑纳米通道的新方法，该通道的尺寸调整精度可以控制在0.34纳米，这是迄今为止实验室内能制备的最小尺寸的纳米通道。
图 石墨烯纳米通道；实验及模拟中观测到的纳米尺度水传输的尺寸效应；分子模拟中水在该纳米通道中的流动。
纳米尺度下的物质输运一直是当今实验和理论研究的焦点之一，尤其是当通道尺寸小至分子级别时，通道的表面性质及固液界面相互作用会对物质输运起决定性作用。研究结果表明，水在该纳米通道中以一种近似无摩擦的状态高速运动，然而该通道中的流动细节和机理用目前的实验手段难以表征和分析。我校研究团队在该项工作中的核心贡献是：采用理论分析和分子模拟研究了纳米通道中的水传输机理，研究发现分子尺度下固液界面作用将增大水传输的驱动力，从而大大提高了水的输运效率，使得纳米尺度下的流体输运表现出跟宏观尺度截然不同的尺寸效应。该研究揭示了固液界面相互作用对纳米流动行为具有决定性影响。
利用石墨烯等二维材料精确构筑的纳米通道为纳米尺度物质输运提供了新的平台和思路。该研究不仅对纳米尺度下流体输运机理的理解和认知产生重大影响，而且能够为新型纳米流体器件的设计和开发提供重要参考意义。基于该纳米通道的设计方案制备的纳米器件，将进一步强化石墨烯等二维材料在过滤、筛选、海水淡化及气体分离等方面的应用。
附论文链接：http://www.nature.com/nature/journal/v538/n7624/full/nature19363.html
（中国科学院材料力学行为和设计重点实验室、工程科学学院、科研部）