بزرگنمايي:

غشاء طراحي شده توسط محمد حيرانيان، دانشجوي کارشناسي ارشد دانشگاه ايلينويز و همکارانش از يک لايه نازک نانومتري دي‌سولفيد موليبدن (MoS2) با سوراخ‌هاي کوچک ساخته شده که نانوحفره نام دارد. اين غشاء که آب تميز را به درون خود کشيده و نمک و ديگر ترکيبات آن را فيلتر مي‌کند، همچنين داراي نيروي بالقوه ساخت نيروگاههاي آب شيرين‌کن با بهره‌وري انرژي خيلي بالا است. محمد حيرانيان، دانشجوي کارشناسي ارشد و مولف اول اين پژوهش اظهار کرد: موليبدن موجود در مرکز غشاء، آب را جذب کرده و سپس گوگرد در طرف ديگر آن را کنار مي‌زند، بنابراين ميزان بسيار بالاي آب از طريق منافذ عبور مي‌کند. اين خاصيت ذاتي شيمي MoS2 و هندسه منافذ است، بنابراين ما ناچار به کاربردي کردن منفذ که يک فرآيند بسيار پيچيده با گرافن است، نيستيم. با توجه به گزارش انجمن بين‌المللي شيرين کردن آب، نيروگاههاي آب شيرين‌کن که حجم بالايي از آب دريا را به آب شيرين تبديل مي‌کنند، در حال حاضر در بيش از 150 کشور اعمال مي‌شوند که اکثر آن‌ها با تکيه بر فرآيندي به نام اسمز معکوس، که شامل وارد کردن آب از طريق يک غشاء براي فيلتر کردن نمک و ديگر ناخالصي‌ها است، انجام مي‌شود. استاد نارايانا آلورو، رهبر اين پژوهش اظهار کرد: اسمز معکوس، فرآيندي بسيار گران بوده و براي انجام آن، نيروي بسيار زيادي مورد نياز است. همچنين به دليل انسداد غشاء و شکست خوردن آن، روش موثري نيست. از اين رو ما براي جلوگيري از شکست خوردن مکرر غشا مي‌خواهيم آن را ارزان‌تر و کارآمدتر کنيم. ما همچنين نمي‌خواهيم فشار زيادي را براي بدست آوردن جريان بالاي آب اعمال کنيم. مهندسان از ابر‌رايانه Blue Waters دانشگاه ايلينويز براي اثبات عملکرد بهتر يک ورق تک لايه از MoS2 نسبت به رقباي فعلي خود مانند گرافن استفاده کردند. در واقع، محققان دريافتند که غشاء MoS2 مي‌تواند آب را تا 70 درصد بيشتر از غشاي گرافن فيلتر کند. MoS2 از يک اتم موليبدن که بين دو اتم گوگرد قرار گرفته، ساخته شده است، بنابراين يک ورق MoS2 يک لايه منفرد از موليبدن به ضخامت اتم را که بين يک پوشش از اتم گوگرد قرار گرفته است، در هر دو طرف مي‌بيند. اين محققان، منافذ کوچکي را در ورق ايجاد کردند و حلقه‌هاي موليبدن را در اطراف مرکز هر منفذ قرار دادند. با توجه به خواص ذاتي جذب آب موليبدن، اين منفذ به عنوان يک نازل عمل مي‌کند که آب از طريق آن کشيده مي‌شود. به گفته محققان، MoS2 يک ماده بسيار قوي است، بنابراين حتي يک ورق بسيار نازک آن مي‌تواند در برابر فشارها و حجم آب مورد نياز نيروگاههاي آب شيرين‌کن قرار گيرد. اين هنوز يک ماده نسبتا جديد است، اما محققان بر اين باورند که تکنيک‌هاي ساخت و هزينه‌ها با افزايش تقاضا براي خواص MOS2 با عملکرد بالا، بهبود مي‌يابد. اين گروه اکنون در حال توسعه آزمايش‌هاي بيشتر براي بررسي ميزان بقاي غشاي جديد به عنوان يک فيلتر آب شيرين‌کن هستند، همچنين ميزان مسدود شدن آن که يک مشکل عمده براي غشاء پلاستيکي موجود است. تحقيقات اين گروه در مجله Nature منتشر شده است.