第一作者：Binghan Zhou

通讯作者：Tawfique Hasan

通讯单位：剑桥大学

论文速览

遵循默里定律的材料，其因独特的多孔结构和最佳的传质能力而备受关注。然而，根据现有理论，在合成体系中，构建这种完美圆柱孔的仿生分级通道极具挑战性。迄今为止，在纳米结构材料中，实现默里定律揭示卓越的传质能力，仍然遥不可及。

本研究提出了一种适用于各种层级结构、形状和广义传输过程的通用默里定律。研究团队通过实验验证了在层状平面和管状石墨烯气凝胶结构中各种流体的最优流动，证实了所提出的定律。

通过调整气凝胶基气体传感器中的宏观孔，改善了传感器的响应动态。这项工作为设计任意形状通道的合成默里材料提供了框架，这些材料具有优越的传质能力，未来在催化、传感和能源应用方面具有潜在的应用前景。

图文导读

图1：默里定律在层级结构中的应用。

图2：单向和双向冷冻铸造的氧化石墨烯气凝胶（GOA）的结构。

图3：默里定律在层级结构中的实验和模拟验证。

图4：默里定律优化的层级GOA基气体传感器。

总结展望

本研究的亮点在于提出了一个普适的默里定律，该定律不仅适用于圆形截面的管状网络，还适用于非圆形通道的层级网络和平面结构。通过实验和模拟，研究证明了遵循通用默里定律的层级结构在层流、扩散和离子迁移等方面展现出最小的传输阻力。此外，通过默里定律优化的GOA基气体传感器在检测1 ppm二氧化氮、氨和甲醛时，有更快的响应时间和恢复时间，这证明了结构优化可以显著提升传感器的动态响应性能。这些发现为合成多孔材料的设计提供了理论基础，未来有望在催化、传感、能源存储等领域带来性能上的显著提升。

文献信息

标题：Universal Murray’s law for optimised fluid transport in synthetic structures

期刊：Nature CommunicationsDOI：10.1038/s41467-024-47833-0