2.1 二维层状膜的溶胀

二维层状膜的重要特征是其具有埃米（Å）级的离子筛分通道，然而层状膜在溶液环境下，普遍存在由于水分子或离子的插层而出现层间通道尺寸变化的溶胀现象。

为了探究二维层状膜的溶胀机理，Zheng等采用耗散型石英晶体微天平和椭偏仪，对氧化石墨烯（graphene oxide, GO）膜在水性环境中的层间距与质量变化进行了原位观察，结果表明干燥的GO膜，其层间距最初保持在约0.8 nm，当浸入水中后，GO膜的层间距会持续增加并在平衡时达到6-7 nm[6]。进一步分析表明，薄膜的层间距大小是由相邻纳米片之间复杂作用力共同决定的，其中，相邻纳米片层之间的斥力主要是近程水合斥力和远程静电斥力，其中水合力倾向于从溶液中将水分子拉入纳米片之间，并将纳米片彼此推开，而静电作用力主要由于纳米表面显负电性的含氧官能团引发的；同时，相邻纳米片之间也存在范德华力，以及带负电荷的GO纳米片与通道内反离子之间的库仑吸引力等吸引力，这些多种引力与斥力在相互博弈的过程中最终达到平衡状态，此时层状膜的结构也趋于稳定。