வடிகட்டுதல் தொழில்நுட்பங்கள் மற்றும் சவ்வூடுபரவல் ஆற்றல் அறுவடை ஆகியவற்றில் உள்ள திறன் காரணமாக கடந்த தசாப்தங்களில் பொருட்கள் விஞ்ஞானிகள் நானோஃப்ளூய்டிக் சேனல்களில் வேகமாக அயனி ஊடுருவலை விரிவாக ஆய்வு செய்துள்ளனர். அயன் போக்குவரத்தின் அடிப்படையிலான வழிமுறைகள் இன்னும் புரிந்து கொள்ளப்படவில்லை என்றாலும், கவனமாக ஒழுங்குபடுத்தப்பட்ட முறையில் உருவாக்கப்பட்ட நானோ சேனல்களில் இந்த செயல்முறையை அடைய முடியும்.
இப்போது சயின்ஸ் அட்வான்சஸில் வெளியிடப்பட்டுள்ள புதிய அறிக்கையில், யு ஜியாங் மற்றும் சீனாவில் திடப் பரப்புகளின் இயற்பியல் வேதியியல் ஆராய்ச்சிக் குழுவினர், அணு தட்டையான கிராஃபைட் மற்றும் மைக்கா படிகங்களைக் கொண்ட மேல் மற்றும் கீழ் சுவர்களைக் கொண்ட இரு பரிமாண நானோ சேனல்களின் வளர்ச்சியை விவரித்துள்ளனர்.
தனித்துவமான சுவர் கட்டமைப்புகள் மற்றும் பண்புகள் அயனிகள் மற்றும் உட்புற மேற்பரப்புகளுக்கு இடையிலான தொடர்புகளை ஆய்வு செய்ய அனுமதித்தன. சேனல்களுக்குள் மேம்படுத்தப்பட்ட அயன் போக்குவரத்தை குழு குறிப்பிட்டது, அவை மொத்த தீர்வுகளை விட வேகமான அளவு ஆர்டர்கள், நானோ அளவிலான அயனி போக்குவரத்தில் மேற்பரப்பு விளைவுகள் பற்றிய நுண்ணறிவுகளை வழங்குகிறது.
நானோ அளவிலான அயன் போக்குவரத்து
நானோ அளவிலான அயன் போக்குவரத்தின் வழிமுறைகள் அவற்றின் போக்குவரத்து விகிதங்கள் காரணமாக அவற்றின் மேக்ரோஸ்கேல் சகாக்களை விட சிறப்பாக செயல்பட முடியும். எடுத்துக்காட்டுகளில் உயிரணு சவ்வுகளில் புரத சேனல்கள் வழியாக வேகமாக அயனி ஓட்டம் அடங்கும், இது வாழ்க்கையின் அத்தியாவசிய செயல்பாட்டிற்கு முக்கியமானது. நீர் சுத்திகரிப்பு, அயனிப் பிரிப்பு மற்றும் சவ்வூடுபரவல் மின் உற்பத்திக்கான நானோபோரஸ் சவ்வுகள் மூலம் அயனி ஊடுருவல் ஆகியவை இதில் அடங்கும். நானோ அளவிலான வேகமான அயன் போக்குவரத்தின் வழிமுறைகளைப் புரிந்து கொள்ள, ஆராய்ச்சியாளர்கள் நன்கு ஒழுங்குபடுத்தப்பட்ட வடிவியல் மற்றும் உள் கட்டமைப்புகளுடன் நானோ சேனல்களை உருவாக்க வேண்டும்.
யு ஜியாங் மற்றும் குழு உட்புறங்களில் உள்ள அயன் உறிஞ்சுதல் தளங்களைக் கொண்ட நானோ சேனல்களுக்குள் வேகமான அயனி போக்குவரத்தின் தோற்றத்தை ஆராய்ந்தது. எளிமைப்படுத்தப்பட்ட வடிவமைப்பு, அசல் பரப்புகளில் உறிஞ்சுதல் விளைவுகளை ஆய்வு செய்வதற்காக புனையலின் போது இரசாயனங்கள் மற்றும் பாலிமர்கள் மூலம் சேனல் உட்புறங்களை மாசுபடுத்தும் வாய்ப்பைக் குறைத்தது.
சோதனைகளின் போது, ஜியாங் மற்றும் சகாக்கள் இயந்திரத்தனமாக வெளியேற்றப்பட்ட கிராஃபைட் மற்றும் மைக்கா படிகங்களை சேகரித்து சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறுகளில் ஒரு துளைக்கு மாற்றினர். அவை கிராஃபைட்/மைக்கா ஹீட்டோரோஸ்ட்ரக்சர்களை மேல் கிராஃபைட் லேயர் கவர்க்கான துளையுடன் சீரமைத்தன, அதே சமயம் கீழ் அடுக்கு பரிமாற்ற முறையால் தீர்மானிக்கப்பட்டபடி அவற்றின் விளிம்புகளில் உள்ள துளையுடன் சீரமைக்கப்பட்டது.
அக்வஸ் கரைசல்களில் மைக்காவில் மேல் கிராஃபைட்டின் தடிமன் அளவிட விஞ்ஞானிகள் அணுசக்தி நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தினர். சேனல் பகுதியில் மைக்கா மற்றும் கிராஃபைட் மேற்பரப்புகளின் சராசரி உயரத்தை அவர்கள் அளந்தனர். கிராஃபைட் மற்றும் மைக்கா அடுக்குகள் சேனல்கள் வழியாக ஒப்பீட்டளவில் பெரிய அயனி நீரோட்டங்களுடன் 2 M அதிக உப்பு செறிவுகளில் சிதைந்துவிடும் என்பதால், அவை சோதனை துல்லியத்திற்காக 0.1 M க்கு சமமான அல்லது சிறிய உப்பு செறிவுகளைக் கொண்ட தீர்வுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன.
கூடுதல் சோதனைகள்
விஞ்ஞானிகள் அயனிகளால் காணப்பட்ட சேனல்களின் பயனுள்ள உயரத்தை மதிப்பிட்டனர் மற்றும் அணுசக்தி நுண்ணோக்கி மூலம் வகைப்படுத்தப்படும் உயரத்தை உறுதிப்படுத்தினர். சோதனைகளின் போது, செறிவு சாய்வை உருவாக்க, இரண்டு நீர்த்தேக்கங்களையும் முறையே 0.1 M மற்றும் 0.01 M செறிவுகளின் பல்வேறு குளோரைடு கரைசல்களால் நிரப்பினர்.
ஜியாங் மற்றும் சகாக்கள் அயன் போக்குவரத்தின் மீது சேனலின் உட்புறத்தின் மேற்பரப்பு விளைவுகளை ஆய்வு செய்தனர் மற்றும் பொட்டாசியம் குளோரைட்டின் அயனி கடத்துத்திறனை அதன் மொத்த செறிவின் செயல்பாடாக அளந்தனர். குழு ஜி-மைக்கா சேனல்களில் அயன் போக்குவரத்து செயல்முறையை ஆராய்ந்தது மற்றும் கூடுதல் அளவீடுகளைச் செய்வதன் மூலம் சாத்தியமான வழிமுறைகளின் எண்ணிக்கையைக் குறைத்தது.
அவுட்லுக்
மைக்கா பரப்புகளில் அதிக கடத்துத்திறன் மற்றும் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட அயனி உறிஞ்சுதல் கணிசமான மேற்பரப்பு பரவலைக் குறிக்கிறது. விஞ்ஞானிகள் கிராஃபைட்-மைக்கா சேனல்களில் அயன் போக்குவரத்திற்கான அளவு வெளிப்பாட்டை அறிமுகப்படுத்தினர், இது தொடர்புடைய வழிமுறைகளுக்கு நுண்ணறிவுகளை வழங்குகிறது.
பயனுள்ள மேற்பரப்பு உப்பு எண் அடர்த்தி, உறிஞ்சப்பட்ட கேஷன்களின் மேற்பரப்பு இயக்கம் மற்றும் மோனோவலன்ட் கேஷன்களின் போக்குவரத்தில் கவனம் செலுத்தும் போது உறிஞ்சப்பட்ட கேஷன்களின் இடம்பெயர்வு காரணமாக மேற்பரப்பு கடத்துத்திறன் இருப்பதாக அவர்கள் விவரித்தனர். கேஷன்களின் ஒப்பீட்டளவில் பெரிய உறிஞ்சுதல் ஆற்றல், அயனி போக்குவரத்திற்கு மைக்காவின் முக்கியத்துவத்தை எடுத்துரைக்க, இடம்பெயர்வதற்கு முன், அவற்றின் சிதைவை மட்டுப்படுத்தியது.
இந்த வழியில், யூ ஜியாங் மற்றும் சகாக்கள் மேற்பரப்பு பரவலை நானோஃப்ளூய்டிக்ஸில் கூடுதல் அயனி போக்குவரத்து பாதையாக உயர்த்தி, மொத்த கரைசல்களை விட அதிக அளவிலான அயனி கடத்துத்திறனை வழங்கினர். ஒற்றை நானோ சேனல்களில் இருந்து மிக அதிகமாகப் புகாரளிக்கப்பட்ட மதிப்பு. பல்வேறு கேஷன்களை உறிஞ்சும் விருப்பங்களைக் கொண்ட மைக்கா குழு படிகங்களைப் பயன்படுத்தி சேனல்களை உருவாக்கும் திறன், அயனி போக்குவரத்து மற்றும் உணர்திறன் பயன்பாடுகளுக்கு அவற்றின் உறிஞ்சுதல் ஆற்றல்களைச் சார்ந்திருக்கும் அயனிகளை வேறுபடுத்தி அறியலாம்.