受骨骼和软骨启发的膜可从盐水中高效发电

受活生物体组织中的膜的启发，科学家将用于凯夫拉尔的芳族聚酰胺纳米纤维与氮化硼结合在一起，制成了一种膜，用于收集既像骨头一样坚固又适合像软骨这样的离子传输的海洋能。这项研究于12月18日发表在《焦耳》杂志上，克服了利用渗透能(淡水和海水之间的压力和盐度梯度差异)产生一种生态友好且可广泛使用的可再生能源的技术的主要设计挑战。

从一天到第二天，渗透性能源产生器的变化要小于太阳能和风能发电场，因此它们比这些主要绿色能源更可靠。然而，通常用于膜中的粘土，氧化石墨烯，MXene和二硫化钼纳米材料倾向于在水中塌陷和崩解。

尽管最近由氮化硼制成的纳米片显示出了希望，随着温度的升高仍保持稳定并且不易与其他物质反应，但是仅由氮化硼制成的膜也不足以长时间耐水，因为它们很快就开始渗漏离子。产生微观裂缝。

迪金大学前沿材料研究所高级研究员，澳大利亚项目的首席科学家雷伟伟说：“具有新颖且坚固的性能的新型先进氮化硼复合膜将解决这个问题，而这一需求现在是迫切的。” IFM)。

美国首席科学家，密歇根大学工程学教授尼古拉斯·科托夫(Nicholas Kotov)说：“渗透能是人类的巨大资源，但其实现受到高性能离子选择膜的严重限制。” 。

Lei，Kotov及其同事着手解决这一问题，其方法是将生物的组织作为蓝图，并观察到需要许多不同种类的高性能离子选择膜来促进体内的生物反应。他们指出，尽管软组织(例如软骨，肾膜和基底膜)允许离子轻松通过，但它们却脆弱而脆弱。相反，骨骼异常坚硬，但没有有效的离子传输优势。

Kotov说：“我们发现了一种将两种类型的材料'结合'在一起以同时获得两种性能的方法，它使用的芳族聚酰胺纳米纤维可以制造类似于软骨的柔性纤维材料，而氮化硼则可以制造类似于骨骼的血小板。”

“与单一材料制成的膜相比，我们的生物启发型纳米复合膜具有某些优势，例如坚固性高，易于制造并且具有更大的多功能性。”

研究人员使用逐层组装的方法构建了混合膜，这是一种用于重建层状复杂复合材料的方法，该方法对水技术特别有用。他们对氯化钠溶液中的一个芳族聚酰胺- 氮化硼膜储层施加压力以观察其电流，并将其与其他纳米材料膜进行比较，发现其通道的狭窄性使其比其他多孔膜能够更好地吸引钠阳离子并排斥氯离子。复合材料。Lei，Kotov和他的同事还用氯化钠反复冲洗了20个循环膜以监测其稳定性，发现该膜在200小时后仍能继续发挥最佳作用。

“我们的新型复合膜在0至95摄氏度的温度和2.8至10.8的pH范围内具有可调节的厚度和高稳定性，” Lei说。

该论文的主要作者刘丹(Dan Liu)说：“廉价的组件和膜的使用寿命使实现海洋能的采集变得现实。”

总体而言，研究人员得出的结论是，芳族聚酰胺- 氮化硼膜非常适合承受在产生渗透能时可能遇到的各种条件。他们还认为该技术具有很高的可扩展性，特别是因为其两个组件都很便宜。芳族聚酰胺纳米纤维甚至可以从废弃的凯夫拉纤维织物中收集。

“这些是迄今为止已知性能最好的膜，”科托夫说。“但是，它们尚未完全优化。甚至可能获得更好的性能。”

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