日本信州大學(xué)和法國巴黎文理學(xué)院的科學(xué)家們?cè)谑├镆舶l(fā)現(xiàn)了一種“窗戶”。這種窗戶被稱為“納米窗”，是由獨(dú)特的石墨烯納米孔結(jié)構(gòu)構(gòu)成，通過“開關(guān)”孔兩側(cè)的原子，我們可以選擇性地控制讓某類空氣分子通過。

信州大學(xué)和巴黎文理學(xué)院的科學(xué)家們先是通過理論證明了這種納米窗結(jié)構(gòu)分離空氣的可行性。納米窗能夠進(jìn)行分離的原因是，孔兩側(cè)的原子振動(dòng)能有效地改變納米窗的尺寸。當(dāng)孔兩側(cè)的原子分別向兩個(gè)相反方向移動(dòng)時(shí)候，納米窗呈現(xiàn)出“開”的狀態(tài)，尺寸將變得比不移動(dòng)時(shí)大。相應(yīng)的，當(dāng)孔兩側(cè)的原子分別向相同的方向移動(dòng)時(shí)候，納米窗呈現(xiàn)出“閉”的狀態(tài)，尺寸將變得比不移動(dòng)時(shí)小。

通過這種方式，他們發(fā)現(xiàn)能調(diào)控孔兩側(cè)原子的運(yùn)動(dòng)模式使特定尺寸的原子或分子通過，這為創(chuàng)建先進(jìn)的分子分離膜技術(shù)帶來了新的可能性。并且相對(duì)于傳統(tǒng)的蒸餾技術(shù)，它更高效節(jié)能。

這是一個(gè)納米窗開閉功能組合模型，可以通過調(diào)控開閉狀態(tài)使O2通過

空氣的主要成分為氮?dú)?、氧氣和氬氣，它們的分子大小分別為0.299、0.305和0.363納米。它們?cè)诠I(yè)中有很高的需求量，但目前的方法還止步在傳統(tǒng)的蒸餾上，所以新的空氣分離技術(shù)一直備受期待。

因此科學(xué)家們開始從理論走向?qū)嵺`，他們將納米窗氧化處理，使它們的邊緣被氫和氧原子鈍化，這對(duì)選擇性滲透過程非常重要。之后通過調(diào)控納米窗的分子運(yùn)動(dòng)，讓納米窗呈現(xiàn)出6種不同尺寸，再分別通空氣觀察透過情況。

結(jié)果令人驚訝，即使納米窗的孔隙尺寸小于目標(biāo)分子（氧氣）尺寸，目標(biāo)分子也可通過孔隙。后來在解釋過程中，他們發(fā)現(xiàn)這種差異是納米孔兩側(cè)原子和石墨烯之間結(jié)合作用導(dǎo)致的。

他們用氧和氫在納米窗兩側(cè)邊緣處的振動(dòng)情況和相互作用能來解釋這個(gè)機(jī)制。在納米尺度下，納米窗邊緣的氫氧原子間局部電場(chǎng)足夠大，大到可以確定氧和氮分子的取向，從而使氧分子很輕易地通過間隙小于其直徑的納米窗。

這種氫氧原子間的作用也使它對(duì)氣體的選擇性很高，氣體是否能通過受氣體分子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、幾何形狀以及邊緣化學(xué)性質(zhì)的影響。

由熱振動(dòng)引起的納米窗邊緣的氫氧原子的一致取向運(yùn)動(dòng)可使窗口的有效尺寸變化約0.01納米，這種協(xié)同振動(dòng)可以使納米窗打開以通過優(yōu)選分子。