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Membranen: Folie lässt selektiv Wasser passieren

GraphenLaden...

Folien aus Graphenoxid sind für Gase und Flüssigkeiten aller Art undurchdringlich, Wasser aber kann sie ungehindert passieren. Ein Team um den Nobelpreisträger Andre Geim konstruierte eine Membran aus überlappenden Graphenoxid-Kristalliten. Wie die Forscher feststellten, enthält diese Schichtstruktur ein Netzwerk aus Kanälen, durch die Wasser frei hindurch wandern kann, nicht aber Gase wie Helium und Wasserstoff oder größere Moleküle wie Ethanol und andere Lösungsmittel. Während eine Kappe aus der Folie diese Stoffe über Zeiträume von mehreren Tagen in einem Behälter fest versiegelte, verdunstete Wasser ebenso schnell, als sei das Gefäß offen.

Die Membran entsteht aus einer Suspension mikrometergroßer Graphenoxidschichten, die auf einer Oberfläche zu einem dünnen Film trocknen. Die chemischen Gruppen bilden an den Oberflächen des Graphenoxids Cluster, mit unmodifizierten Graphenflächen zwischen ihnen, so dass durch die Folie viele gewundene Kanäle führen, die an zwei Seiten von unverändertem Graphen begrenzt sind. Wenn kein Wasser vorhanden ist, schließen sich die Kanäle durch die Van-der-Waals-Kräfte zwischen den beiden Graphenschichten, so dass die Graphenoxidschicht für Gase und Flüssigkeiten völlig undurchlässig ist – für Gase wie Wasserstoff und Helium erwies sich eine wenige Mikrometer dicke Schicht als undurchlässiger als ein Millimeter dickes Glas.

Für Wasser dagegen öffnen sich die Kanäle – sie sind gerade so hoch, dass eine einzelne Schicht von Wassermolekülen in sie eindringen kann. Sobald das geschehen ist, saugen enorme Kapillarkräfte das Wasser durch die Poren der Folie, so dass allein die Verdunstung an der Oberfläche der Folie diktiert, wie viel Wasser sie pro Zeiteinheit durchdringen kann. Die Forscher sehen Anwendungen für die einfach herzustellende Folie als Barrierematerial und in Spezialanwendungen, bei denen Wasser selektiv aus anderen Stoffen entfernt werden muss. Allerdings krankt das Material noch daran, dass es vergleichsweise empfindlich ist und schon bei Temperaturen über 40 Grad Celsius Risse entstehen.

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