具有微孔的膜对水过滤是有用的。孔隙大小对水过滤的影响是很清楚的,杏耀QQ就像离子,带电原子的作用,与膜相互作用。作为过滤机制的一部分,研究人员首次成功地描述了水分子对其他水分子和离子的影响。研究人员详细介绍了水分子之间的反馈系统,这为高选择性膜的设计提供了新的可能性。应用程序可以包括病毒过滤器。
合成化学是一门研究创造和探索自然界中不存在的新物质和新材料的学科。有时,一种材料的特定性质或行为需要应用,如制药或高科技制造。合成化学可以帮助发现、创造或提炼合适的材料。例如,所谓的合成液晶膜可以用于水过滤。
过滤水或其他液体时,目的是从目标液体中分离出化学成分,如离子。使用多孔膜可能是这样做的主要方法。很明显,表面上的孔会阻止任何比孔大的物体通过。但是,像合成液晶膜这样的先进膜,其孔径只有几个纳米(十亿分之一米)。在这些尺度上,膜的功能不仅仅是小孔的大小。
东京大学化学与生物技术系的加藤隆教授说:“在这些小范围内发生的事情中,化学起着很大的作用。”“在水过滤的情况下,小孔的大小让任何大于水的东西通过。然而,离子和孔隙之间也存在静电力。如果材料设计正确,这些力可以作为离子的进一步屏障,即使它们比孔隙小。这是相当容易理解的。但是还有另一种重要的物质在影响水的过滤,那就是水分子本身。”
来自UTokyo固态物理研究所的Yoshihisa Harada教授和他的团队已经开始全面描述一个长期以来被怀疑但从未被解释的问题:孔隙位置的水分子如何与周围的水分子和离子相互作用。这实际上是非常重要的,在这个微小的规模,甚至细微的力量可以影响过滤膜的整体性能。从物理系统中提取这类信息也是极其困难的。
Harada说:“理论上,我们可以使用计算机模拟来精确地模拟水在过滤过程中的行为和相互作用,但是这样的模拟需要大量的超级计算能力。”“因此,至少在最初,我们转向物理方法来探索这些机制,称为基于同步加速器的高分辨率软x射线发射光谱。这本身就是一个极其复杂的挑战。”
这个过程的工作原理是从一个同步加速器(一个粒子加速器)中提取x射线,然后将它们引导到待分析的样品中。在这种情况下,样本是膜和水分子,在被高分辨率传感器探测和记录之前,会改变x射线光束的一些特征。施加在x射线上的变化告诉研究人员样本内发生了什么,精确度很高。
“这并不容易,”原田说。“由于薄膜很薄,我们期望从孔中的目标水分子发出的信号很难与背景信号区分,因为有大量的其他水分子。所以我们必须减去背景信号以使目标信号更明显。但是现在我很高兴我们可以首次描述水作为其宿主材料的一部分。通过进行这种基础科学研究,
杏耀娱乐信誉如何 ,我们希望它能为其他人提供工具。”
该团队的新模型描述了水分子的相互作用是如何被近距离带电粒子调节的。在膜孔中,经一定调制方式的水分子优先与体积内其他被调制水分子结合。在这样的动态系统中,某些属性的变化会导致同一属性的进一步变化,这被称为反馈循环。虽然这些模型在数学上看起来很复杂,但它们可以帮助工程师创建新的有效的过滤方法。
“液晶膜已经有完美大小的孔,杏耀联系而以前的类型的膜是更多样化的,”Kato说。“结合我们的新知识,我们的目标是创造出一种比以往任何技术都更有选择性的膜。”这不仅仅是净化水;例如,它们可能用于制造锂离子电池,作为电极之间传输锂离子的电解质,甚至用作病毒过滤器。由于这些膜具有高度的选择性,它们可以被调整为只阻隔非常特定的物质,这意味着它们也可以在被饱和之前长期使用。”
原田、加藤和他们的同事希望进一步探索几个领域。这些最初的物理实验将为计算机模型提供信息,因此高级计算机模拟就是这样一个领域。但他们也希望研究能够自然调节钾离子和钠离子通道的细胞膜——研究这些也能帮助改善人工细胞膜。
原田说:“令人兴奋的是,化学、物理学和生物学是如何结合起来解释这些看似复杂的事情的。”