ფოროვან მასალაში მობრუნების მოქმედება ხელს უწყობს ნორმალური წყლის გავლას მძიმე წყლისგან გამოსაყოფად.
კვლევითმა ჯგუფმა სუსუმუ კიტაგავას ხელმძღვანელობით კიოტოს უნივერსიტეტის უჯრედულ-მატერიალურ მეცნიერებათა ინსტიტუტიდან (iCeMS), იაპონია და სამხრეთ ჩინეთის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის ჩენგ გუ, დაამზადეს მასალა, რომელსაც შეუძლია ეფექტურად გამოყოს მძიმე წყალი ნორმალური წყლისგან ოთახის ტემპერატურაზე. აქამდე ეს პროცესი ძალიან რთული და ენერგო ინტენსიური იყო. დასკვნები გავლენას ახდენს სამრეწველო - და თუნდაც ბიოლოგიურ - პროცესებზე, რომლებიც მოიცავს ერთი და იგივე მოლეკულის სხვადასხვა ფორმის გამოყენებას. მეცნიერებმა თავიანთი შედეგები ჟურნალში გამოაქვეყნეს ბუნება.
იზოტოპოლოგები არის მოლეკულები, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე ქიმიური ფორმულა და რომელთა ატომები აკავშირებენ მსგავსი განლაგებით, მაგრამ მათ ერთ ატომს მაინც აქვს ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა, ვიდრე დედა მოლეკულა. მაგალითად, წყლის მოლეკულა (H2ო) წარმოიქმნება ერთი ჟანგბადის და ორი წყალბადის ატომისგან. წყალბადის თითოეული ატომის ბირთვი შეიცავს ერთ პროტონს და არა ნეიტრონს. მძიმე წყალში (დ2O), მეორეს მხრივ, დეიტერიუმის (D) ატომები არის წყალბადის იზოტოპები ბირთვებით, რომლებიც შეიცავს ერთ პროტონს და ერთ ნეიტრონს. მძიმე წყალი გამოიყენება ბირთვულ რეაქტორებში, სამედიცინო გამოსახულებასა და ბიოლოგიურ გამოკვლევებში.
„წყლის იზოტოპოლოგები ერთ-ერთი ყველაზე რთული გამოსაყოფია, რადგან მათი თვისებები ძალიან მსგავსია“, განმარტავს მასალების მეცნიერი ჩენგ გუ. „ჩვენმა მუშაობამ უზრუნველყო წყლის იზოტოპოლოგების გამოყოფის უპრეცედენტო მექანიზმი ადსორბცია-გამოყოფის მეთოდის გამოყენებით.
გუ და ქიმიკოსი სუსუმ კიტაგავა, კოლეგებთან ერთად, თავიანთი გამოყოფის ტექნიკა სპილენძზე დაფუძნებულ ფოროვან საკოორდინაციო პოლიმერზე (PCP) დააფუძნეს. PCP არის ფოროვანი კრისტალური მასალები, რომლებიც წარმოიქმნება ლითონის კვანძებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია ორგანული დამაკავშირებლებით. გუნდმა გამოსცადა ორი PCP, დამზადებული სხვადასხვა ტიპის ლინკერებით.
რაც მათ PCP-ებს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანს ხდის იზოტოპოლური განცალკევებისთვის არის ის, რომ მაკავშირებლები ტრიალებს ზომიერად გაცხელებისას. ეს მობრუნებული მოქმედება მოქმედებს როგორც კარიბჭე, რაც საშუალებას აძლევს მოლეკულებს გადავიდნენ PCP-ში ერთი „გალიიდან“ მეორეში. გადაადგილება იბლოკება მასალის გაციებისას.
როდესაც მეცნიერებმა თავიანთი "Flip-flop დინამიური კრისტალები" გამოავლინეს ორთქლთან, რომელიც შეიცავს ჩვეულებრივი, მძიმე და ნახევრად მძიმე წყლის ნარევს და შემდეგ ოდნავ გაათბო, მათ შეიწოვეს ნორმალური წყალი ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე სხვა ორი იზოტოპოლოგი. რაც მთავარია, ეს პროცესი მოხდა ოთახის ტემპერატურის დიაპაზონში.
„წყლის იზოტოპოლოგების ადსორბციული განცალკევება ჩვენს მუშაობაში არსებითად აღემატება ჩვეულებრივ მეთოდებს ოთახის ტემპერატურის მუშაობისას ძალიან მაღალი სელექციურობის გამო“, - ამბობს კიტაგავა. „ჩვენ ოპტიმისტურად ვართ განწყობილნი, რომ ახალი მასალები ჩვენი მუშაობით შეიქმნება სხვა იზოტოპოლოგების გამოსაყოფად“.
მითითება: „წყლის იზოტოპოლოგების გამოყოფა დიფუზიურ-მარეგულირებელი ფოროვანი მასალების გამოყენებით“ იან სუ, კენ-იჩი ოტაკე, ჯია-ჯია ჟენგი, სატოში ჰორიკე, სუსუმუ კიტაგავა და ჩენგ გუ, 9 ნოემბერი, ბუნება.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05310-y
