元素百科为您介绍中国科学家成功开发第一款图灵结构净水膜。早在60多年前，英国科学家图灵就预测，一些重复的自然斑图可能是由两种特定物质(分子、细胞等)相互反应或作用产生的。).这两种成分通过一个被称为“反应扩散”的过程，会自发地组织成斑纹、条纹、环纹、螺旋或斑驳的斑点。后来，科学家们证实了这一猜想，并称这种结构为“图灵结构”。
浙江大学化学工程与生物工程学院长期从事膜科学研究的张林教授团队将图灵结构与膜研究相结合，首次在膜上制作纳米图灵结构。5月4日，首次在国际顶级期刊《科学》上发表了图灵结构的研究成果。
界面聚合制备超薄分离膜技术自20世纪80年代以来一直相当成熟，但同一界面聚合制备纳滤膜和反渗透膜虽然制备工艺和反应机制完全一致，但表面结构差异很大：纳滤膜表面光滑，反渗透膜表面为峰谷结构，相对粗糙。
为什么会有如此明显的差异？张林的团队决定深入研究这个被“忽视”的问题。在深入研究差异的原因时，他们发现界面聚合过程是一个典型的“反应扩散”系统。这一令人兴奋的发现使他们很快想到了图灵结构的形成条件。”在分析差异原因的过程中，我们想知道是否有可能将纳滤膜制成图灵结构？”
经过仔细的分析和讨论，研究小组建议在扩散系数较小的反应水溶液中添加阻碍反应物扩散的亲水分子。在大量的实验中，研究人员试图添加各种亲水分子，以降低溶解在水中的反应物向油中扩散的速率，并在水与油的接触表面与油中的反应物反应，形成一种具有周期性变化的图灵结构的新型纳滤膜。
经过长时间的持续试验，研究人员发现聚乙烯醇是抑制反应物扩散的亲水分子。
随着聚乙烯醇对反应物扩散的“障碍”，原本光滑的膜表面真的“长”了图灵结构。张林教授介绍，纳米过滤器是目前最先进的水处理技术之一。降低处理成本将在工业水回用、饮用水安全、雨水资源利用、西部苦咸水处理等领域发挥积极作用。
在实验中成功开发出具有图灵结构的新膜后，应从理论上进行论证。判断图灵结构是否是图案或结构的标准是图案或结构的周期性变化，两个反应物在反应过程中的扩散差超过一个数量级。科研团队可以通过观察和方程解决图案的周期性变化获得理论认证，但测量扩散极差曾经成为整个验证的难点。
纳滤膜的界面聚合制备通常在不到一分钟的时间内完成，传统的测试方法几乎失败。最后，研究人员通过核磁共振测量了添加亲水聚合物后两种反应物的扩散率差，并验证了实验确实成功地制备了一种具有图灵结构的新型分离膜。
三位论文评审专家对这项研究给予了高度评价。其中一位评审专家认为，这是一种非常有趣的新型脱盐薄膜，“据我所知，这是第一次尝试在薄膜上制作纳米尺度图灵结构”。
