中新网上海10月23日电 (房树芬 许婧)在李安导演的电影《少年派的奇幻漂流》中，少年在茫茫大海中生计面对的最大应战是获取淡水。试想一下，假如他具有一个小型手持设备，能快速从海水中提取淡水，他的生计概率将大大添加。
在23日出炉的2023年度上海市科技奖评选效果中，华东理工大学物理学院方海平教授团队的项目“固液微观界面动力学性质的理论研讨及其使用”获上海市自然科学一等奖。该项目有一项落地效果——一款便携式海水淡化器，外型和尺度相似保温杯的它，分量不到1公斤，可为落海者供给超越一周的淡水。
这个“保温杯”淡化海水的奥妙是什么呢？原理很简单——它内部采用了特别的氧化石墨烯膜，可以有用阻挠并过滤盐离子，一同答应水分子经过。
众所周知，石墨烯是由碳原子组成的蜂窝状平面薄膜，其共同的二维结构使它在动力、资料等范畴展现出巨大的使用潜力。国际上遍及期望使用石墨烯的二维特性来构筑高性能的别离膜，以处理污水处理和海水淡化等范畴的核心技能难题。
但是，这一方针的完成要求将石墨烯的层距离操控在十分之一纳米的精度，这无疑是一个极具应战性的课题。长期以来专心于水研讨的方海平于2008年开端承受这个应战。
化学家们很早就发现，石墨烯的蜂窝状结构具有一种特别的电子行为，称为π电子。π电子可以与钠离子等阳离子发生激烈的相互效果，构成离子-π效果。但是，因为水合离子的存在，这种效果在水溶液中通常会被忽视。
方海平团队依据核算物理理论，认识到离子-π效果在水溶液中的重要性，并结合量子力学核算，开发了相应的核算软件，提出要使用离子准确操控石墨烯膜的层距离，以完成离子筛分和海水淡化。据了解，试验成功验证了这一理论预言，相关论文已在Nature上宣布。
依据离子操控石墨烯膜的基础研讨，团队成功研宣布一款实用化的石墨烯复合海水淡化膜。依据装机实测的效果，该膜的水通量约为美国陶氏海水淡化膜水通量的15倍，是现在最先进的实用化海水淡化膜之一。此外，团队还制造出“保温杯”巨细的便携式海水淡化器，该效果已当选上海市绿色技能目录。
除了为海水淡化供给理论支撑之外，方海平教授团队的另一个重要效果是，他们在石墨烯外表还调查到了一氯化钙二维晶体。
这些一氯化钙二维晶体展现出很共同的性质，不只具有导电性，还具有室温铁磁性。更为稀有的是，它们一同具有压电性质和金属性质——这些特性预示着，在晶体管、磁性设备、导电电极等研制以及在储氢、催化剂等方面的使用上，它们都将大有用武之地。
对“水滴在水层上”的奇特现象进行理论预言，也是方海平获奖项目的重要效果。
研讨团队规划出带极化电荷的固体平面作为一般外表的模型，其间，晶格常数和电荷巨细都可以调控，这样，在外表上晶格和电荷的诱导下，水分子会构成有序结构，在这层结构上，水分子不再铺展开，而是构成水滴，出现“水滴在水层上”的现象。
2009年研讨论文宣布后，该预言很快取得国内外多个课题组的验证，研讨人员在金属、矿藏、氧化物等10多种资料外表都发现了相似现象，标明该现象在自然界中都会存在。这个开展，有望为开展既不沾污又减阻的资料提出新的规划思路，例如在船只外表防污涂层、医用血管支架等范畴的使用。
“多年来，咱们的作业主要是运用理论物理办法，结合核算物理剖析和分子动力学模仿，研讨水在外表、细通道内和呼应系统中离子对其行为的影响，取得了一些遍及规则，信任也还有更多的规则等候咱们我们一同去发现，并深化使用。”方海平说。(完)
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