Vanderbilt-ingenieurs gebruikten een druppel ontsmettingsalcohol, een kantoorlamineermachine en creativiteit om schaalbare processen te ontwikkelen voor het vervaardigen van dunne membranen met één atoom. Hun membranen presteerden beter dan de modernste commerciële dialysemembranen en de aanpak is volledig compatibel met roll-to-roll-productie.

Details van het fantasierijke experiment zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift van de Royal Chemistry Society :"Schaalbare synthese van nanoporeuze atomair dunne grafeenmembranen voor dialyse en moleculaire scheidingen via gemakkelijke isopropanol-ondersteunde hete laminering."

Grafeenmembranen bieden potentieel voor doorbraak in de scheiding van een verscheidenheid aan microscopische ionen en moleculen, inclusief zouten, eiwitten of nanodeeltjes, en zijn relevant voor industriële toepassingen voor waterontzilting en gasscheidingen. Dergelijke membranen zijn ook bruikbaar voor chemische, biologisch en medisch onderzoek en de zuivering van stoffen die in geneesmiddelen worden gebruikt.

"Als ingenieurs zijn we altijd op zoek om technologieën schaalbaar te maken en dit is een belangrijke stap naar het schaalbaar en praktisch maken van grafeenmembranen voor productie, " zei Piran R. Kidambi, assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering. "Vervaardiging van roll-to-roll hoogwaardig monolaag grafeen is absoluut noodzakelijk om nanoporeuze atomair dunne membranen (NATM's) te bevorderen voor moleculaire scheidingen.

"Wat een uitdaging is, is het proces van het overbrengen van het grafeen naar de ondersteunende polymeerlaag om functionele membranen te maken, " zei Kidambi. "Polymeersteigers die gewoonlijk worden gebruikt voor grafeenoverdracht, laten typisch polymeerresiduen en andere verontreinigingen achter die de prestaties van enkelvoudige atoomdikke membranen kunnen beïnvloeden, en transfers zonder polymeersteigers lijden aan een lage opbrengst, wat resulteert in ongewenste lekkage."

Kidambi en zijn labteam, eerste auteur Peifu Cheng en Nicole K. Moehring, in samenwerking met wetenschappers van Oak Ridge National Lab, Juan Carlos Idrobo en Ilia N. Ivanov, laten zien dat een heet lamineerproces met ontsmettingsalcohol een schone overdracht van grafeen op polycarbonaatdragers met een dekking van 99,2% mogelijk maakt, terwijl de porositeit van de ondergrond behouden blijft.

"We demonstreren volledig functionele grafeenmembranen op centimeterschaal die recordhoge permeanties vertonen - orden van grootte hoger - en een betere selectiviteit dan commercieel

beschikbare state-of-the-art polymere dialysemembranen, "Zei Peifu. "Dit is een schaalbare benadering om grafeenmembranen te fabriceren voor praktische toepassingen en is volledig compatibel met roll-to-roll fabricageprocessen."