محققان دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه‌های پنسیلوانیا و منچستر از الک‌های مولکولی برای جداسازی گازها استفاده کردند.
جداسازی گازها با استفاده از الک‌های مولکولی
از زمره جدیدترین روش‌ها برای جداسازی دقیق مخلوطی از گازها، استفاده از اَلَک‌های مولکولی می باشد. این اَلَک‌ها در واقع مواد متخلخلی هستند که اندازه تخلخل‌های موجود در ساختار آن‌ها به صورتی تنظیم شده است که تنها مولکول‌هایی با اندازه مشخص از آن‌ها عبور کنند.
ایجاد تخلخل‌های هدفمند در ساختارِ مواد دو بعدیِ نانو مقیاسِ اخیراً کشف شده، جهت جداسازی مخلوط گازها، یکی از موضوعات مورد توجه دانشمندان در سال‌های اخیر می‌باشد. در واقع تا قبل از سال ۲۰۰۴ و کشف گرافن، امکان جداسازی بسیاردقیق گازها فراهم نبود. با کشف این ماده‌ی دو بعدی و ایجاد تخلخل‌های هدفمند در ساختار آن، امکان جداسازی یک نوع گاز از مخلوطی از گازها فراهم شد. پس از کشف گرافن سایر مواد دوبعدی از جمله تک لایه بور-نیترید و کربن-نیترید به عنوان اَلَک مولکولی معرفی شدند.
یکی از انواع مواد دو بعدی که امروزه بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است، دی کالکوژنایدهای عناصر واسطه (TMD) می‌باشند. این فیلم‌هایِ نازکِ نیمه هادی، موادی با فرمول شیمیایی MX2 هستند. در این مواد M اتم فلز واسطه (M= Mo, W, Ta, V, Ti, etc) و X اتم کالکوژن بوده (S, Se, Te) که یک لایه از اتمهای M بین دو لایه از اتمهای X ساندویچ شده است.
در این مقاله ساختارهای متخلخل WS2 از طریق بمباران اتمی، توسط پرتویی از یونهای گالیم بوجود آمدند. این ساختارهای متخلخل مورد آنالیزهای دقیق SEM ،TEM و غیره قرار گرفتند. باتوجه به اهمیت روز افزون غشاءهای دو بعدی در جداسازی انتخاب پذیر یک نوع گاز، در این مقاله عبور گاز هلیم از ساختارهای متخلخل WS2 مورد مطالعه تجربی و نظری قرار گرفت. بر این اساس، این ساختارهای متخلخل در جداسازی گازی میتواند بسیار جذاب باشد و نسل جدیدی از اَلَک های مولکولی را به دنیای علم معرفی کند. همچنین مبانی فیزیکی مربوطه براساس پراکندگی کوانتومی میتواند زیر بنای نظری قوی برای اینگونه مطالعات بوجود آورد.
این پژوهش با همکاری تیم های تحقیقاتی از دانشگاه های پنسیلوانیا، منچستر و دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی انجام شد. آقای دکتر مهدی نیک عمل، عضو هیأت علمی دانشگاه شهید رجایی و خانم دکتر حسنی محقق پسادکتری ایشان در این پژوهش همکاری داشته‌اند.
نتایج این کار در مجله Science Advances به چاپ رسیده است.
