在《分子液體雜志》上，由國家石墨烯研究所（NGI）的Aravind Vijayaraghavan教授領導的團隊利用渦旋環效應的變化，生產了由石墨烯制成的三維顆粒，具有許多有趣的形狀。同樣的效果用于產生煙圈，并負責保持蒲公英種子飛翔。這些顆粒也被證明在吸附水中的污染物方面非常有效，從而凈化了它。

研究人員已經表明，這些石墨烯顆粒的形成是由粘度、表面張力、慣性和靜電等不同力之間的復雜相互作用控制的。Vijayaraghavan教授說：“我們已經進行了一項系統的研究，以了解和解釋顆粒形成中涉及的各種參數和力的影響。然后，通過定制這一過程，我們開發了非常有效的顆粒，用于吸附凈化水中的污染物。

氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一種功能化形式，可在水中形成穩定的分散體，具有許多獨特的性質，包括作為液晶。單個GO片薄一個原子，與人類頭發的厚度一樣寬。然而，為了有用，它們需要組裝成復雜的三維形狀，以保持其高表面積和表面化學性質。GO的這種多孔三維組件稱為氣凝膠，當充滿水時，它們稱為水凝膠。

LGO特定形狀的GO-VR相圖。（a） GO-VR制造裝置的示意圖。（b） GO液滴穿透CTAB溶液并形成渦環的高速攝影圖像。（c） GO-VR甜甜圈、球形和水母形態的光學和SEM圖像。（d） 由LGO形成的GO-VR的形狀相圖（PD），其GO和CTAB濃度和沖擊高度各不相同。PD1的固定沖擊高度為1厘米，PD2的GO固定濃度為2毫克/毫升。PD3的CTAB固定濃度為4毫克/毫升。

研究人員使用第二種稱為CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）的液晶材料將GO薄片聚集成氧化石墨烯水凝膠的小顆粒，而無需將它們還原為石墨烯。這是通過將GO分散體以小液滴的形式滴入水中CTAB溶液來實現的。

當GO液滴撞擊CTAB溶液表面時，它們的行為與熱煙射到冷空氣時的行為非常相似。GO液滴以環形或環形線圈的形式流入CTAB溶液，因為兩種液體的密度和表面張力不同。

與LGO形成GO-VR。（a） -（d）LGO在不同條件下形成的GO-VR微粒撞擊階段的高速圖像。從左至右，地層參數為：1 cm，0.2 mg/mL CTAB中的2 mg/mL GO；在4 mg/mL CTAB中加入1 cm、2 mg/mL GO；15 mg/mL CTAB中的1 cm、4 mg/mL GO和4 mg/mL CTAA中的5 cm、2 mg/mL GO。（e） We’的動態相圖與LGO的Re繪制。（f） 碰撞階段不同條件下GO液滴形成的示意圖。（g） 和（h）分別針對LGO的Re和We繪制的Oh’的動態相圖。

LGO特定形狀的GO-VR相圖。（a） GO-VR制造裝置的示意圖。（b） GO液滴穿透CTAB溶液并形成渦環的高速攝影圖像。（c） GO-VR甜甜圈、球形和水母形態的光學和SEM圖像。（d） 由LGO形成的GO-VR的形狀相圖（PD），其GO和CTAB濃度和沖擊高度各不相同。PD1的固定沖擊高度為1厘米，PD2的GO固定濃度為2毫克/毫升。PD3的CTAB固定濃度為4毫克/毫升。

研究人員使用第二種稱為CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）的液晶材料將GO薄片聚集成氧化石墨烯水凝膠的小顆粒，而無需將它們還原為石墨烯。這是通過將GO分散體以小液滴的形式滴入水中CTAB溶液來實現的。

當GO液滴撞擊CTAB溶液表面時，它們的行為與熱煙射到冷空氣時的行為非常相似。GO液滴以環形或環形線圈的形式流入CTAB溶液，因為兩種液體的密度和表面張力不同，所以與LGO形成GO-VR。

（a） -（d）LGO在不同條件下形成的GO-VR微粒撞擊階段的高速圖像。從左至右，地層參數為：1 cm，0.2 mg/mL CTAB中的2 mg/mL GO；在4 mg/mL CTAB中加入1 cm、2 mg/mL GO；15 mg/mL CTAB中的1 cm、4 mg/mL GO和4 mg/mL CTAA中的5 cm、2 mg/mL GO。（e） We’的動態相圖與LGO的Re繪制。（f） 碰撞階段不同條件下GO液滴形成的示意圖。（g） 和（h）分別針對LGO的Re和We繪制的Oh’的動態相圖。

GO VR休息階段的圖像。注意，t=0對應于靜止階段的開始。（a） LGO形成的GO VRs的靜止階段，具有與圖2a-2d中的樣品相對應的不同形態。（b） 由MGO和SGO形成的GO VRs的靜止階段，具有與圖中的樣品相對應的不同形態。

通過控制這一過程的各種參數，研究人員產生了球體（球）、環形線圈（甜甜圈）和類似水母的中間形狀的顆粒。最近畢業的博士生、本文的主要作者邵一珍博士說：“我們已經開發了一個通用相圖，用于形成這些形狀，基于四個無量綱數 - 韋伯數，雷諾數，Onhesorge數和韋伯數，分別代表慣性，粘性，表面張力和靜電力。這可用于通過改變地層參數來精確控制顆粒形態。研究人員使用高速攝影來捕捉這些顆粒形狀的形成和演變 -如圖所示。

作者強調了這些顆粒在水凈化中的重要性。該論文的合著者、博士生Kaiwen Nie說：“我們可以調整這些顆粒中石墨烯薄片的表面化學性質，以從水中提取帶正電荷或負電荷的污染物。我們甚至可以通過適當地功能化石墨烯表面來提取不帶電的污染物或重金屬離子。

審核編輯 ：李倩