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聚合物淡化膜的3D模型顯示了水的流動(dòng)。 圖片來(lái)源：Ganapathysubramanian課題組
大自然已經(jīng)找到了制造更好膜的方法了。
生物膜能讓正確的物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞，同時(shí)阻止錯(cuò)誤的物質(zhì)進(jìn)入。而且，正如研究人員在《科學(xué)》剛剛發(fā)表的一篇論文中指出的那樣，他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種理想的薄膜，以便清潔更多的水。
一直以來(lái)，脫鹽薄膜并不適合大批量的工業(yè)工作，比如制造淡水供飲用、灌溉作物、家畜灌溉或制造能源。但我們能從這些高性能的生物膜中學(xué)到什么嗎，我們能否將自然的同質(zhì)設(shè)計(jì)策略應(yīng)用到人造聚合物膜上？
來(lái)自美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)、得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校、杜邦水解決方案和陶氏化學(xué)公司的研究人員，使用了透射電子顯微鏡和3D計(jì)算模型來(lái)尋找答案。
研究人員發(fā)現(xiàn)，均勻的膜密度達(dá)到十億分之一米的納米尺度，對(duì)于最大限度反滲透及水過(guò)濾膜的性能至關(guān)重要。通過(guò)使用透射電子顯微鏡測(cè)量用于海水淡化的4種不同的聚合物膜，研究人員預(yù)測(cè)了水通過(guò)這些膜的3D模型，以便詳細(xì)比較分析為什么一些膜比其他膜表現(xiàn)更好。
結(jié)果顯示，秘方就是減少不均勻性。
模擬圖像顯示，膜上的紅色顯示了在更高壓力和更高濃度的鹽下的水，中間呈金、粒狀、海綿狀結(jié)構(gòu)，在阻鹽膜內(nèi)有致密區(qū)和不致密區(qū)，銀色的溝渠顯示水是如何流過(guò)的，底部的藍(lán)色部分顯示的是壓力較低、鹽濃度較低的水。
“你可以看到3D膜內(nèi)流動(dòng)特性的巨大變化?！毖芯咳藛T表示，最能說(shuō)明問(wèn)題的是顯示水在膜中的密集點(diǎn)周圍移動(dòng)的銀線。
專家表示，這是首次獲得如此詳細(xì)的3D測(cè)量結(jié)果，結(jié)果顯示，更好的脫鹽膜的關(guān)鍵是弄清楚如何在非常小的尺度上測(cè)量和控制制造膜的密度?？茖W(xué)家需要讓整個(gè)薄膜密度均勻，從而促進(jìn)水的流動(dòng)，而不犧牲鹽的去除。
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