Создана новая 3D-мембрана с порами 2-4 нм, которую можно улучшать

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и университета Иллинойса в Чикаго (UIC) создала трехмерную тонкую (поры измеряются нанометрами) мембрану, которая на порядки улучшит показатели искусственных мембран и позволит их применять сразу в нескольких областях – от медицины до энергетики, сообщает портал Рhys.org.

Современные искусственные мембраны, имеющие 2D-структуру,используются в машинах диализа, чтобы очищать кровь людей с отказавшими почками. Также такие мембраны являются составными частями новых типов батарей или применяются для очистки воды, но все они имеют крайне низкие показатели эффективности, называемые проницаемостью. «Подсмотрев» строение органов, в частности, человеческой почки, команда ученых из США разработала новую мембрану, состоящую из двух трехмерных взаимосвязанных каналов, которые разделены наноразмерным пористым слоем оксида титана (TiO2). Эта уникальная биомиметическая 3D-архитектура значительно увеличивает площадь поверхности и, следовательно, площадь фильтрации, которая в 6 тысяч раз больше 2D-аналогов. Ультракороткое диффузионное расстояние (толщина селективного слоя всего 2-4 нм) позволяет получить новой 3D-мембране высокую эффективность разделения и быстрые характеристики массообмена. При этом исследователи говорят, что с помощью геометрической оптимизации, использования 3D-печати и методов машинного обучения можно значительно улучшить характеристики новой мембраны.

Применение мембран нового типа видится в создании имплантатов почек, которые смогут заменить собой целые машины диализа. Также новые мембраны могут сослужить службу в виде искусственных легких, которые облегчат жизнь пациентов с легочной недостаточностью. А еще их применение составе литий-сульфидных и литий-оксидных батарей позволит поднять эффективность новых типов аккумуляторов до приемлемых значений.