对于更快，更持久的水过滤器，一些科学家正在寻找石墨烯 - 强碳片 - 用作超薄膜，过滤掉污染物以快速净化大量水，石墨烯的独特性能使其成为水过滤或脱盐的理想膜。但其广泛使用存在一个主要缺点：在一个原子厚度的石墨烯层中制造薄膜是一个细致的过程，可以撕裂薄的材料，从而产生污染物泄漏的缺陷，现在，麻省理工学院，橡树岭国家实验室和法赫德国王石油矿产大学（KFUPM）的工程师已经设计出一种方法，通过化学沉积和聚合技术的组合来修复这些泄漏，填充裂缝和堵塞孔。然后，该团队使用了之前开发的工艺，在材料中形成微小均匀的孔隙，小到足以让水通过，结合这两种技术，研究人员能够设计出一个相对较大的无缺陷石墨烯膜 - 大小只有一分钱。膜的尺寸很重要：要用作过滤膜，石墨烯必须以厘米或更大的尺度制造。
在实验中，研究人员将水泵入通过缺陷密封和孔隙生成过程处理的石墨烯膜，并发现水以与当前脱盐膜相当的速率流过。石墨烯能够过滤掉大多数大分子污染物，如硫酸镁和葡聚糖，麻省理工学院机械工程副教授Rohit Karnik表示，该研究小组的成果发表在纳米快报上，代表了堵塞石墨烯泄漏的第一次成功，我们已经能够密封缺陷，至少在实验室规模上，实现石墨烯宏观区域的分子过滤，这在以前是不可能实现的，”Karnik说。“如果我们有更好的过程控制，可能在未来我们甚至不需要缺陷密封。但我认为我们不太可能拥有完美的石墨烯 - 总是需要控制泄漏。这两种技术是能够过滤的例子，麻省理工学院前研究生助理Sean O'Hern是该论文的第一作者。其他贡献者包括麻省理工学院研究生Doojoon Jang，前研究生Suman Bose和Jing Kong教授。
为了堵塞石墨烯的泄漏，该团队提出了一种技术，首先解决较小的固有缺陷，然后是更大的转移引起的缺陷。对于本质缺陷，研究人员使用了一种称为“原子层沉积”的工艺，将石墨烯膜置于真空室中，然后在含铪化学物质中进行脉冲，该物质通常不与石墨烯相互作用。然而，如果化学物质与石墨烯中的小开口接触，它将倾向于粘附到该开口，被该区域的较高表面能吸引，该团队应用了几轮原子层沉积，发现沉积的氧化铪成功地填充了石墨烯的纳米级固有缺陷。然而，O'Hern意识到使用相同的工艺来填充更大的孔和大约数百纳米的撕裂 - 需要太多时间。
相反，他和他的同事提出了第二种技术来填充更大的缺陷，使用一种通常用于膜合成的称为“界面聚合”的工艺。在他们填充石墨烯的内在缺陷后，研究人员将膜浸没在两种溶液的界面：水浴和有机溶剂，如油，不与水混合，在这两种解决方案中，研究人员溶解了两种可以反应形成尼龙的不同分子。一旦O'Hern将石墨烯膜放置在两种溶液的界面上，他观察到尼龙塞仅在泪液和孔区域形成，其中两个分子可能因为在其他不可渗透的石墨烯中撕裂而接触 - 有效地密封剩余的缺陷。
研究人员使用他们去年开发的技术，然后在石墨烯中蚀刻出微小均匀的孔 - 小到足以让水分子通过，但不是更大的污染物。在实验中，该小组用含有几种不同分子（包括盐）的水测试了膜，发现该膜排斥了高达90％的较大分子。然而，它让盐以比水更快的速度通过，初步测试表明石墨烯可能是现有过滤膜的可行替代品，尽管Karnik表示需要进一步改进密封其缺陷并控制其渗透性的技术，海水淡化和纳米过滤是一个很大的应用，如果事情成功，这项技术能够承受现实世界测试的不同需求，它将产生巨大的影响，”Karnik说。“但人们也可以想象应用精细的化学或生物样品加工，这些膜可能是有用的。这是一个厘米级石墨烯膜的第一份报告，可以进行任何分子过滤。这令人兴奋。
