مطالعات محققان نشان می‌دهد از نانولوله کربنی می‌توان برای جدا کردن ذرات شبیه هم، نظیر ایزوتوپ‌های هیدروژن استفاده کرد. در حال حاضر جدا کردن این نوع مواد بسیار دشوار و زمان‌بر است.
جدا کردن مواد شبیه هم با فیلترهای کوانتومی متخلخل
مطالعات محققان نشان می‌دهد از نانولوله کربنی می‌توان برای جدا کردن ذرات شبیه هم، نظیر ایزوتوپ‌های هیدروژن استفاده کرد. در حال حاضر جدا کردن این نوع مواد بسیار دشوار و زمان‌بر است.
یکی از مشکلات علم و فناوری در حوزه جداسازی، این است که جدا کردن ترکیبی از مواد شبیه هم، نظیر ترکیب ایزوتوپ‌ها یا گازهای بی‌اثر، بسیار دشوار است. ریشه این مشکل در این است که اندازه و شکل این مواد بسیار شبیه هم می‌باشد. علاوه‌براین، این ذرات بسیار پایدار هستند. با روش‌های فعلی می‌توان این مشکلات را حل کرد اما این روش‌ها بسیار زمان‌بر خواهند بود.
تحقیقات نظری اخیر نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی جایگزین بسیار مناسبی هستند. این نانولوله‌ها می‌توانند به مانند یک الک، مولکول‌های پاراهیدروژن را از ذرات کلاسیک در دمای کرایوژنیک جدا کند.
اخیرا یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه کرتین در استرالیا نشان دادند که از طریق الک مولکولی کوانتومی می‌توان ذرات سبک نظیر ایزوتوپ‌های هیدروژن را از هم جدا کرد.
کوالسکس، از محققان این پروژه می‌گوید، ما دریافتیم که مولکول‌های هیدروژن درون نانولوله‌های کربنی کم عرض در دمای کرایوژنیک بسیار محدود شده و مقدار نفوذ آنها به‌شدت تحت تاثیر قرار می‌گیرند. او می‌افزاید حرکت نفوذی این ذرات به‌صورت کلاسیک درون نانولوله کربنی کم عرض، به‌شدت کند می‌شود. اما رفتار مولکول به‌صورت کوانتومی کاملا متفاوت از رفتار آن در حالت کلاسیک است. کوالسکس می‌گوید با استفاده از رفتار فریمن در مکانیک کوانتومی در دمای محدود، ما دریافتیم که اثرات کوانتومی- به‌طور دقیق‌تر، حرکت نقطه صفر و تونل زنی- در دمای کرایوژنیک موجب افزایش نفوذ مولکول‌های محدود شده درون نانولوله‌های کربنی می‌شود.
اما چگونه می‌توان این پیش‌بینی نظری را توضیح داد؟
پژوهشگران برای توضیح این مسئله از ترکیب رفتار دینامیک کوانتومی و رفتار Rabani-Reichman-Krilov-Berne در دمای محدود و روش انتگرال مسیر فریمن استفاده کردند. با این روش می‌توان تصویر میکروسکوپی از نفوذ هیدورژن در نانولوله‌های کربنی ترسیم کرد. کوالسکس می‌گوید ما دریافتیم که انرژی نقطه صفر و تونل‌زنی موجب می‌شود نمودار انرژی آزاد مولکول‌های هیدروژن جذب شده درون یک نانولوله‌کربنی (۶،۶) صاف می‌گردد که این موجب می‌شود مولکول‌های هیدروژن محدود شده در دمای ۳۰ درجه کلوین، تغییر مکان دهند.
به بیان دیگر، مولکول هیدوژنی که به‌صورت کوانتومی رفتار می‌کند، نسبت به حالت کلاسیک، فضای بیشتری برای نفوذ خواهد داشت.
نتیجه جالب این پژوهش آن است که مولکول هیدروژن جذب شده درون نانولوله‌کربنی، یک ذره “داغ” است. نتیجه عملی این پژوهش آن است که از نانولوله‌های کربنی باریک می‌توان به‌عنوان فیلتر برای جدا کردن استفاده کرد. برای مثال برای جدا کردن مولکول هیدروژن از ذرات کلاسیک در دمای کرایوژنیک.
