بررسی دلیل نفوذ غیر یکنواخت سیالات در نانوکانال‌ها

محققان دریافتند که حرکت برخی سیالات درون کانال‌ها به‌صورت یکسان انجام نمی‌شود به‌طوری که در برخی جهات سرعت بیشتر از دیگر جهت‌ها است. آنها دلیل این موضوع را شکل هندسی حفره‌ها می‌دانند. در واقع شکل هندسی حفره‌ها، نفوذپذیری سیالات را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

محققان دریافتند که حرکت برخی سیالات درون کانال‌ها به‌صورت یکسان انجام نمی‌شود
به‌طوری که در برخی جهات سرعت بیشتر از دیگر جهت‌ها است. آنها دلیل این موضوع را
شکل هندسی حفره‌ها می‌دانند. در واقع شکل هندسی حفره‌ها، نفوذپذیری سیالات را تحت
تاثیر قرار می‌دهد.

محققانی که روی نحوه عبور سیالات از کانال‌های نانومقیاس کار می‌کنند، اخیرا با کشف
پدیده‌ای متعجب شدند. آنها دریافتند که سیالات در تمام جهات به‌طور مساوی حرکت
نمی‌کنند. برخلاف رفتار دنیای ماکروسکوپی، محققان دریافتند که متیل الکل که در یک
ساختار حاوی شبکه‌های نانوکانال موسوم به زئولیت قرار می‌گیرد، در یک جهت ۱۰۰۰
برابر سریع‌تر از دیگر جهات حرکت می‌کند. این اولین سندی است که نشان می‌دهد
مولکول‌ها در یک ماده متخلخل به‌صورت یکسان نفوذ نمی‌کنند. این نفوذ غیریکنواخت در
حالی گزارش شده است که محققان مطمئن هستند که اندازه قطر حفره‌ها در کانال‌ها مشابه
هم هستند. در این ماده معدنی، دو نوع کانال‌ نانومقیاس وجود دارد: حلقه‌های ۸
نانومتری و حلقه‌های ۱۰ نانومتری. این اعداد نشانگر اندازه حفره‌های این ماده است.
ابعاد این حفره‌ها بسیار نزدیک هم است اما شکل هندسی آنها با هم متفاوت است.
مولکول‌های متیل الکل درون سلول‌ها ذخیره می‌شوند.

در ابتدای آزمایش، فشار اطراف سیستم افزایش می‌یابد و بعد در طول آزمایش فشار ثابت
می‌ماند. مولکول‌های متانول با میل خود وارد زئولیت می‌شوند زیرا آنها ترجیح
می‌دهند درون زئولیت‌ها قرار داشته باشند تا این که در فاز گازی باقی بمانند. همین
که متانول به درون زئولیت وارد شد، محققان غلظت گاز را در نقاط مختلف درون زئولیت
اندازه گرفتند. با این کار آنها توانستند جریان گاز را در حفره‌های مختلف محاسبه
کنند. نتایج کار آنها نشان داد که تفاوت چشمگیری میان بخش‌های مختلف زئولیت وجود
دارد.

تحقیقات اخیر که درباره نفوذ گاز درون شبکه‌‌ای از حفره‌ها انجام شده نشان می‌دهد
که نفوذ مولکول‌های گاز به نسبت میان اندازه حفره‌ها و قطر مولکول‌های مورد
استفاده، بستگی دارد، به‌خصوص در مواردی که این دو پارامتر به‌هم نزدیک باشد.
محققان این پروژه معتقدند که با این که اندازه حفره‌های ۸ نانومتری اندکی کمتر از
حفره‌های ۱۰ نانومتری است، نفوذ در آنها نیز کمتر است. دلیل دیگر این موضوع
می‌تواند شکل هندسی حفره‌ها باشد. شکل کانال‌های ۱۰ نانومتری به‌صورت مستقیم بوده
در حالی که کانال‌های ۸ نانومتری به‌صورت پنجره‌ای و حفره مانند است.

نتایج این پروژه می‌تواند به درک بهتر و پیشرفت مواد میکروسکوپی جدید کمک شایانی
کند. برای مثال می‌توان از آن برای تولید غشاء‌های سلولی هوشمند جهت به‌کارگیری در
سیستم‌های رهایش دارویی استفاده کرد. نتایج این تحقیق در نشریه Journal of Chemical
Physics به چاپ رسیده است.