通过亚2纳米碳纳米管进行快速质量传输
Jason K Holt1, Hyung Gyu Park, Yinmin Wang
1Chemistry and Materials Science Directorate, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA 94550, USA.
Science (New York, N.Y.)
|May 20, 2006
概括
碳纳米管膜表现出异常高的气体和水流,超过传统的模型和材料. 这一突破为先进的纳米级过和大规模运输研究提供了潜力.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术纳米技术
- 流体动力学 流体动力学
背景情况:
- 精确控制孔径的微型纤维膜对于过和质量运输研究至关重要.
- 现有的模型往往难以准确地预测纳米级的流体行为,特别是在有限的几何体内.
研究的目的:
- 通过使用对齐的碳纳米管作为纳米孔来研究通过膜的气体和水运输.
- 将实验流速与已建立的扩散和水力学模型的预测进行比较.
- 评估碳纳米管膜在高性能过应用中的潜力.
主要方法:
- 微流体器件的制造,采用直线碳纳米管 (CNT) 作为选择性孔径,直径为2纳米以下.
- 通过CNT膜测量气体和水的流量.
- 实验数据与气体的Knudsen扩散模型和水的连续水力学模型的预测进行比较.
- 从水运输的分子动力学模拟中推算流量.
主要成果:
- 通过CNT膜的气体流量超过了Knudsen扩散预测的数量级.
- 水流超过了连续水力动力学计算的三倍以上.
- 水的流速与分子动力学模拟所预测的可比.
- 尽管孔径较小,但CNT膜的气体和水透性比商业聚碳酸膜高出数个数量级.
结论:
- 对齐的碳纳米管作为高效的纳米孔用于大规模运输.
- 当前的理论模型不充分地描述了sub-2nm封闭环境中的流体流动.
- 基于CNT的膜为纳米级过提供了卓越的性能,使得更节能的过程成为可能.
