Grafeen heeft zichzelf bewezen als een wondermateriaal met een breed scala aan unieke eigenschappen. Een van de minst bekende wonderen van grafeen is zijn vreemde liefdesaffaire met water.

Grafeen is hydrofoob - het stoot water af - maar smalle haarvaten gemaakt van grafeen zuigen krachtig water aan waardoor het snel kan doordringen, als de waterlaag maar één atoom dik is - dat wil zeggen, zo dun als grafeen zelf.

Dit bizarre pand heeft intense academische en industriële belangstelling gewekt met de bedoeling om nieuwe waterfiltratie- en ontziltingstechnologieën te ontwikkelen.

Grafeencapillairen van één atoom breed kunnen nu eenvoudig en goedkoop worden gemaakt door lagen grafeenoxide – een derivaat van grafeen – op elkaar te stapelen. De resulterende meerlaagse stapels (laminaten) hebben een structuur die lijkt op paarlemoer (parelmoer), waardoor ze ook mechanisch sterk zijn.

Twee jaar geleden, Onderzoekers van de Universiteit van Manchester ontdekten dat dunne membranen gemaakt van dergelijke laminaten ondoordringbaar waren voor alle gassen en dampen. behalve water. Dit betekent dat zelfs helium, het moeilijkste gas om af te sluiten, kan niet door de membranen gaan, terwijl waterdamp er zonder weerstand doorheen ging.

Nu heeft hetzelfde team onder leiding van dr. Rahul Nair en prof. Andre Geim getest hoe goed de grafeenmembranen zijn als filters voor vloeibaar water. De resultaten verschijnen in het laatste nummer (14 februari, 2014) van Wetenschap .

De onderzoekers melden dat, indien ondergedompeld in water, de laminaten worden licht gezwollen maar laten nog steeds een ultrasnelle stroom van niet één maar twee monolagen water toe.

Kleine zouten met een grootte van minder dan negen Angstrom kunnen meestromen, maar grotere ionen of moleculen worden geblokkeerd. Tien Angstrom is gelijk aan een miljardste van een meter.

De grafeenfilters hebben een verbazingwekkend nauwkeurig gaas waarmee ze onderscheid kunnen maken tussen atoomsoorten die slechts een paar procent van elkaar verschillen.

Bovenop deze ultraprecieze scheiding, het is ook ultrasnel. Die ionen die er doorheen kunnen, doen dat met zo'n snelheid alsof de grafeenmembranen een gewoon koffiefilter zijn.

Het laatste effect is te wijten aan een eigenschap die de Manchester-wetenschappers "ion sponging" noemen. Hun grafeencapillairen zuigen kleine ionen op als krachtige stofzuigers, wat leidt tot interne concentraties die honderden keren hoger kunnen zijn dan in externe zoute oplossingen.

Dr. Nair zei:"De waterfiltratie is zo snel en zo nauwkeurig als je maar zou kunnen hopen voor zulke smalle haarvaten. Nu willen we de maaswijdte van grafeen beheersen en deze verkleinen tot minder dan negen Angstrom om zelfs de kleinste zouten eruit te filteren, zoals in zeewater. Ons werk laat zien dat het kan."

Dr. Irina Grigorieva, een co-auteur van de studie, toegevoegd:"Ons uiteindelijke doel is om een ​​filterapparaat te maken dat na een paar minuten met de hand pompen een glas drinkbaar water van zeewater mogelijk maakt. We zijn er nog niet, maar dit is geen sciencefiction meer".