सच्छिद्र मटेरियलमध्ये फ्लिपिंग क्रियेमुळे सामान्य पाणी जड पाण्यापासून वेगळे होण्यास सुलभ होते.
क्योटो युनिव्हर्सिटीच्या इन्स्टिट्यूट फॉर सेल-मटेरियल सायन्सेस (iCeMS), जपानच्या सुसुमु किटागावा आणि चीनच्या साउथ चायना युनिव्हर्सिटी ऑफ टेक्नॉलॉजीचे चेंग गु यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधन गटाने खोलीच्या तापमानात जड पाणी सामान्य पाण्यापासून प्रभावीपणे वेगळे करू शकणारी सामग्री बनवली आहे. आत्तापर्यंत, ही प्रक्रिया खूप कठीण आणि ऊर्जा केंद्रित होती. निष्कर्षांचा औद्योगिक - आणि अगदी जैविक - प्रक्रियांवर परिणाम होतो ज्यात एकाच रेणूचे वेगवेगळे रूप वापरणे समाविष्ट असते. शास्त्रज्ञांनी त्यांचे परिणाम जर्नलमध्ये नोंदवले निसर्ग.
समस्थानिक हे असे रेणू असतात ज्यांचे रासायनिक सूत्र समान असते आणि ज्यांचे अणू समान व्यवस्थेत जोडलेले असतात, परंतु त्यांच्या किमान एका अणूमध्ये मूळ रेणूपेक्षा न्यूट्रॉनची संख्या वेगळी असते. उदाहरणार्थ, पाण्याचे रेणू (एच2O) एक ऑक्सिजन आणि दोन हायड्रोजन अणूंनी बनलेला आहे. प्रत्येक हायड्रोजन अणूच्या केंद्रकात एक प्रोटॉन असतो आणि न्यूट्रॉन नसतो. जड पाण्यात (डी2O), दुसरीकडे, ड्युटेरियम (D) अणू एक प्रोटॉन आणि एक न्यूट्रॉन असलेले केंद्रक असलेले हायड्रोजन समस्थानिक आहेत. जड पाण्याचा अणुभट्ट्या, वैद्यकीय इमेजिंग आणि जैविक तपासणीमध्ये उपयोग होतो.
“पाणी समस्थानिकांना वेगळे करणे सर्वात कठीण आहे कारण त्यांचे गुणधर्म इतके समान आहेत,” असे मटेरियल शास्त्रज्ञ चेंग गु स्पष्ट करतात. "आमच्या कार्याने शोषण-पृथक्करण पद्धती वापरून पाणी समस्थानिक विभक्त करण्यासाठी एक अभूतपूर्व यंत्रणा प्रदान केली आहे."
गु आणि केमिस्ट सुसुमु किटागावा, सहकाऱ्यांसह, तांबे-आधारित सच्छिद्र समन्वय पॉलिमर (PCP) वर त्यांचे विभक्तीकरण तंत्र आधारित आहे. PCPs हे सच्छिद्र स्फटिकासारखे पदार्थ आहेत जे सेंद्रिय लिंकर्सद्वारे जोडलेल्या मेटल नोड्सपासून बनतात. टीमने वेगवेगळ्या प्रकारच्या लिंकर्ससह बनवलेल्या दोन पीसीपीची चाचणी केली.
त्यांचे पीसीपी समस्थानिक विभक्तीकरणासाठी विशेषतः महत्वाचे बनवते ते म्हणजे लिंकर्स मध्यम गरम झाल्यावर फ्लिप होतात. ही फ्लिपिंग क्रिया एका गेटसारखी कार्य करते, ज्यामुळे रेणू PCP मधील एका 'पिंजऱ्यातून' दुसऱ्या पिंजऱ्यात जाऊ शकतात. सामग्री थंड झाल्यावर हालचाल अवरोधित केली जाते.
जेव्हा शास्त्रज्ञांनी त्यांचे 'फ्लिप-फ्लॉप डायनॅमिक क्रिस्टल्स' सामान्य, जड आणि अर्ध-जड पाण्याचे मिश्रण असलेल्या वाफेमध्ये उघड केले आणि नंतर ते थोडेसे गरम केले, तेव्हा त्यांनी इतर दोन समस्थानिकांच्या तुलनेत सामान्य पाणी जास्त वेगाने शोषले. महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे ही प्रक्रिया खोलीच्या तापमानाच्या मर्यादेत घडली.
किटागावा म्हणतात, “आमच्या कामात पाण्याच्या समस्थानिकांचे शोषक पृथक्करण पारंपारिक पद्धतींपेक्षा जास्त आहे कारण खोलीच्या तापमानाच्या ऑपरेशनमध्ये खूप जास्त निवडकता आहे. "आम्ही आशावादी आहोत की आमच्या कार्याद्वारे मार्गदर्शन केलेली नवीन सामग्री इतर समस्थानिकांना वेगळे करण्यासाठी विकसित केली जाईल."
संदर्भ: यान सु, केन-इची ओटाके, जिया-जिया झेंग, सातोशी होरीके, सुसुमु किटागावा आणि चेंग गु, 9 नोव्हेंबर, निसर्ग.
डीओआय: 10.1038 / एस41586-022-05310-वाय
