原子级精度制备毛细管中的分子输运

纳米尺度孔隙和毛细管因在许多自然现象中的重要性和众多应用而长期被研究。较新的进展是能够制造具有纳米尺寸的人工毛细管，这促成了分子输运的新研究并催生了纳米流体学。但表面粗糙度尤其使得在该空间尺度下生产尺寸精确控制的毛细管具有挑战性。本文报道通过范德瓦尔斯组装制造窄且光滑的毛细管，其顶部和底部为原子级平坦薄片，由层数精确控制的二维晶体构成的间隔物分隔。我们使用石墨烯及其多层作为典型二维材料来证明该技术，所产生的结构可视为从块体晶体中移除了单个原子平面，留下高度以原子级精度选择的平坦空隙。水通过高度从一到几十个原子平面不等的通道时，表现出出乎意料的快速流动（高达每秒1米），我们将其归因于高毛细管压力（约1000巴）和大滑移长度。对于仅容纳几层水的通道，流动表现出显著增强，我们将其与纳米限域水中结构有序性增加相联系。我们的工作开辟了制造尺寸可调至埃精度、且通过广泛用于通道壁的原子级平坦材料进一步控制渗透特性的毛细管和空腔的途径。