جداسازی مؤثرتر گازها با کمک غشاءهای گرافنی

گزارش محققان دانشگاه کلرادو نشان ‏می‌دهد غشاءهای نازک گرافنی با خلل و فرج نازک می‌توانند بطور مؤثرتری ‏مولکول‌های گاز را در سرتاسر غربال‌کننده انتخابگر جداسازی کنند.

‏محققان دانشگاه کلرادو نتایج آزمایشگاهی گزارش کرده‌اند که برای اولین بار نشان ‏می‌دهند غشاءهای نازک گرافنی با خلل و فرج نازک می‌توانند بطور مؤثرتری ‏مولکول‌های گاز را در سرتاسر غربال‌کننده انتخابگر جداسازی کنند. این یافته‌ها یک قدم ‏مهم به سمت تحقق غشاءهای موثرتر از نظر انرژی برای تولید گاز طبیعی و برای کاهش ‏انتشار دی‌اکسید کربن از دودکش کارخانه‌ها، هستند.
 ‏
اسکات بونچ و جون پلیگرینو با استفاده از اِچینگ اکسیدکننده ایجادشده بوسیله نور ‏ماوراء بنفش، خلل و فرج نانومقیاسی در صفحه‌های گرافنی ایجاد کرده و سپس قابلیت نفوذ ‏گازهای متنوع را در عرض این غشاء‌های گرافنی متخلخل اندازه‌گیری کردند. برای شرح ‏توان بالقوه این سیستم برای جداسازی براساس اندازه مولکول‌ها، آزمایش‌هایی با گازهای ‏متنوعی شامل هیدروژن، دی‌اکسید کربن، آرگون، نیتروژن، متان و هگزا فلورید گوگرد که ‏اندازه‌ای بین بیست‌ و نه صدم تا چهل ‌و نه صدم نانومتر داشتند؛ انجام شد.‏

بونچ گفت: «این غشاءهای گرافنی متخلخل به نازکی یک اتم، دسته‌ی جدیدی از ‏غربال‌های مولکولی ایده‌آل ارائه می‌کنند. در این غربال‌های مولکولی انتقال گاز در سرتاسر ‏خلل و فرجی اتفاق می‌افتد که ضخامت و قطری در مقیاس اتمی دارند.» گرافن اولین بلور ‏اتمی کاملاً دو بعدی است. این ماده شامل لایه منفردی از اتم‌های کربن است که در یک ‏شبکه شش ضلعی با پیوند شیمیایی به هم متصل هستند. این ساختار اتمی بی‌نظیر به این ماده ‏خواص الکتریکی، مکانیکی و گرمایی عالی می‌دهد.‏

بونچ توضیح داد: «خواص مکانیکی این ماده شگفت‌انگیز کار ما را تسهیل می‌کند. این ‏ماده نازک‌ترین و قوی‌ترین ماده در جهان است و برای همه گازهای استاندارد نشت‌ناپذیر ‏است.» او اضافه کرد که این ویژگی‌ها گرافن را به یک ماده ایده‌آل برای ساخت یک غشاء ‏جداسازی، تبدیل می‌کند؛ زیرا بادوام است و در همه حال نیازی به انرژی زیادی برای عبور ‏مولکول‌ها در سرتاسرش نیست.‏

قبل از اینکه این فناوری را بتوان بطور کامل عملی کرد، لازم است بر چالش‌های فنی ‏دیگری غلبه کرد. برای مثال، ایجاد صفحه‌هایی از گرافن که برای انجام جداسازی در مقیاس ‏صنعتی به اندازه کافی بزرگ باشند، همچنین ابداع فرآیندی برای تولید نانوحفره‌های کاملا ‏مشخصی با اندازه‌های مورد نیاز روی این صفحه‌های گرافنی.‏

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏Nature Nanotechnology‏ ‏منتشر کرده‌اند.‏