الأغشية النانوية هي أدوات قيمة لتصفية الشوائب من الماء والعديد من التطبيقات الأخرى. ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتحسين تصميماتهم.
ومؤخرًا، أظهر مختبر البروفيسور أمير حاج أكبري أن المكان المحدد لوضع الثقوب النانوية على الغشاء يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا. يتم نشر النتائج في أكس نانو.
غشاء نانوي. حقوق الصورة: جامعة ييل
في السنوات الأخيرة، تم استخدام الأغشية المسامية النانوية المصنوعة من الجرافين والبوليمرات والسيليكون ومواد أخرى بنجاح لفصل الغاز، وتحلية المياه، وترشيح الفيروسات، وتوليد الطاقة، وتخزين الغاز، وتوصيل الأدوية. ومع ذلك، فقد ثبت أن إنشاء أغشية تسمح لجميع الجزيئات الصحيحة بالمرور من خلالها مع إبقاء الجزيئات غير المرغوب فيها خارجًا أمر صعب.
بالنسبة لتحلية المياه، على سبيل المثال، يجب أن يتمتع الغشاء بنفاذية عالية للمياه بينما يحجب بشكل كافٍ المواد المذابة الأيونية والجزيئية الصغيرة والشوائب الأخرى. لكن الباحثين وجدوا أن تعزيز نفاذية الغشاء غالبًا ما يُضعف انتقائيته، والعكس صحيح.
أحد الأساليب الواعدة هو تحسين كيمياء وهندسة المسام النانوية المعزولة لتحقيق النفاذية والانتقائية المطلوبة، ووضع أكبر عدد ممكن من تلك المسام داخل غشاء نانوي. ومع ذلك، فإن كيفية تأثير المسام المتجاورة على بعضها البعض، غير واضحة.
على المستوى النانوي، يمكن للجزيئات التي تتفاعل مع جدران المسام أن تظهر سلوكيات تتحدى النظريات التقليدية. استكشف مختبر حاجي أكبري ما إذا كان بإمكانهم تصميم أنظمة غشائية مبتكرة بدقة وكفاءة متزايدة من خلال ضبط المسام النانوية.
ومن خلال عمليات المحاكاة الحاسوبية، وجد فريق بحث حاجي أكبري أن القرب النانوي بين المسام يمكن أن يؤثر بشكل ضار على نفاذية الماء ورفض الملح. وعلى وجه التحديد، قاموا بإنشاء محاكاة للأغشية ذات أنماط مختلفة لوضع المسام، بما في ذلك الشبكة السداسية (الشكل أعلاه) وشعرية قرص العسل (حق). ما وجدوه هو أن النمط السداسي، الذي يسمح بمسافة أكبر بين المسام، كان له أداء نفاذية/انتقائية أكبر من الغشاء ذو نمط قرص العسل.
وقال حاج أكبري إن هذه التأثيرات تحيد عن النظريات الراسخة.
مرشح ثقب النانو – انطباع فني. الصورة تم إنشاؤها بواسطة Alius Noreika باستخدام Copilot Designer
وقال حاجي أكبري، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية والبيئية: "هذا الافتراض بأن مقاومة المسام مستقلة عن قرب المسام غير صحيح". "من الواضح أن ذلك يعتمد على القرب."
تلقي النتائج التي توصلوا إليها نظرة ثاقبة حول كيفية تسريع هذه التأثيرات لحركات أيونات معينة عبر الأغشية بينما تتسبب في تباطؤ الأيونات الأخرى. علاوة على ذلك، يمكن أن تفيد في تصميمات أفضل للأغشية النانوية لتعزيز عمليات الفصل مثل تحلية المياه وغيرها من التطبيقات.
المصدر جامعة ييل
