متن خبر

تاریخ خبر : ۱۳۹۷/۱۱/۰۴

تعداد بازدید : ۴۲۴

تعداد رای : ۲

ساخت کوچکترین کانال مصنوعی برای شیرین سازی آب

علی اسفندیار، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف و همکارانش، موفق به ساخت باریکترین کانال یونی شده اند که اجازه عبور مولکول‌های آب را می دهد ولی یون‌هایی مانند سدیم و پتاسیم از آن عبور نمی‌کنند.

 

حذف اشیاء بر اساس اندازه‌ی آنها برای نگه داشتن کوچکترین ماده‌ی موجود، در تئوری ساده است اما اینکار نیاز به غربال، غشاء یا فیلتری با حفره‌هایی بسیار کوچک دارد تا تنها کوچکترین چیزها بتوانند از آن عبور کنند.

 

علی اسفندیار، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف که هم اکنون کارهای تحقیقاتی مشترکی با محققان موسسه ملی گرافن در دانشگاه منچستر انجام می‌دهد، با حذف صفحه‌ی اتمی اتم‌های ساندویچی که از کریستال‌های بالکی و گرافن ساخته شده بودند کانالهای آبی دو بعدی‌ای طراحی کرده‌اند که آب بدون هیچ مقاومتی از این کانال‌ها عبور می‌کند اما تمام یون‌ها به غیر از پروتون‌ها اجازه عبور از آن را ندارند  زیرا پوسته‌ی هیدراسیون یون‌ها نمی‌تواند در میان کانال‌ها به اندازه‌‌ی کافی فشرده شده و از آن عبور کند.

 

کانال‌های پروتئین از تعداد زیادی مکانیزم جداسازی شامل حذف فضایی (اندازه) و دافعه‌ی الکترواستاتیک برای از بین بردن نمک از آب و تمایز قائل شدن بین یون‌های مختلف استفاده می‌کنند. پژوهشگران بر این باورند که تنگناهایی در مقیاس انگستروم در این کانال‌ها، نقشی اساسی در دفع یون‌ها با کوچکترین قطر هیدراسیون دارند. این نوع یون‌ها معمولا در آب دریا و بیوسیال‌ها دیده می‌شوند. ساختن چنین کانال‌های باریک به صورت مصنوعی به علت عدم وجود ابزار دقیق و همچنین به علت اینکه زبری سطح بیشتر مواد سنتی بسیار بیشتر از مقیاس انگستروم است دشوار است.

 

در هر صورت سیستم‌های مصنوعی زیادی برای ساخت چنین کانال‌هایی پیشنهاد شده است. نانولوله‌های کربنی و نیترات بورون، صفحات اکسید گرافن و حفره‌های مقیاس اتمی در گرافن و تک لایه‌های MoS2 از جمله‌ی این سیسیتم‌ها هستند. ابزارهای حاصل شده از خود، انتخابگری بالایی در قبال گروه خاصی از یون‌ها نشان داده‌اند. تا پیش از این، نفوذ آب تنها برای مویرگی‌هایی با صخامت بیش از 6.7 انگستروم به وسیله‌ی شبیه‌سازی مولکولی امکان‌پذیر دانسته می‌شد و شبیه‌سازی‌ها پیش‌بینی می‌کردند که ضخامت‌های کمتر به علت جذب واندروالس بین دیواره‌ها ویژگی مویینگی نداشته باشند. اما شبیه‌سازی‌های جدید نشان می‌دهد که مولکولهای آب می‌توانند به عنوان یاری‌دهنده عمل کنند و از نابودی مویینگی حتی به ضخامت یک اتم جلوگیری کنند که این پیش‌بینی با نتایج آزمایشگاهی این پژوهش همخوانی دارد.

 

در نهایت پژوهشگران در این پژوهش موفق شدند تا با ساخت حفره‌هایی با ضخامت یک اتم اجازه دهند تا یک تک لایه آب وارد سیستم شود اما از عبور انواع یون‌ها جلوگیری کنند. علت ممانعت از عبور یون‌ها در ضخامت‌های کمتر از 3.4 انگستروم این است که دیگر برای هیچ یونی امکانپذیر نیست که خود را درون حفره‌ها فشرده کرده و از آن عبور کند. پروتون‌ها متفاوتند زیرا آنها بجای فشرده شدن و عبور کردن از مکانیزم دیگری به نام مکانیزم گرتهوس برای عبور استفاده  می‌کنند.

 

نتایج این تحقیقات که با همکاری آندره گایم، برنده نوبل فیزیک، انجام شده است در نشریه Science منتشر شده است.

 

برای مشاهده این مقاله، لینک مقاله را کلیک کنید.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)