Ученые разработали новый метод создания множественных настраиваемых нанопор

Исследователи разработали новую технологию для обхода утомительного процесса туннелирования отдельных субнанометровых пор по одной для нанопористых мембран. Учёные предложили методику, с помощью которой можно создавать материалы со слабыми местами, а потом с использованием удалённого электрического поля создавать одновременно множество нанопор. Полученные нанопористые мембраны с атомными отверстиями размером менее одной миллиардной метра обладают огромным потенциалом в области очистки загрязнённой воды, для осмотических генераторов энергии или извлечения ионов металлов из воды.

Действующие технологии ограничиваются длительным процессом туннелирования отдельных субнанометровых пор по одной. Один из исследователей, Эли Хёниг, выпускник PhD Школы молекулярной инженерии имени Притцкера (PME) Чикагского университета, прокомментировал новую методику. Он считает, что одна пора за раз неприемлемый вариант, если требуется масштабировать двумерные мембраны материалов. В рамках проведённого лабораторного эксперимента нанопористая мембрана обеспечивает значительно более сильные сигналы, чем одна пора. А это повышает чувствительность.

Хёниг стал одним из первых учёных, которые предложил новую методику решения давней проблемы. Он проводил эксперименты под руководством доцента PME — Чонга Лю. Они утверждают, что разработали новую технологию создания пор. Согласно ей создаётся материал с преднамеренно слабыми местами. Затем применяется электрическое поле для одновременного создания нескольких наноразмерных пор. Логика процесса позволяет заранее спроектировать, как будет выглядеть материал со слабыми местами. В дальнейшем электрическое поле выявляет слабые места и проделывает отверстия именно там, где намечено.

Место соединения кристаллов в новой технологии контролируется при помощи наложения друг на друга нескольких слоёв поликристаллического дисульфида молибдена. Учёные ввели понятие границы зерна, которая представляет собой интерфейс соединение двух кристаллов. Так они моделируют границы зёрен и поры, которые в дальнейшем формируются с помощью электрического поля. С помощью этой методики можно не только настроить точное местоположение будущих пор, но также их габариты и концентрацию. Размер пор может быть от одного до четырёх нанометров.

Разработка обеспечивает гибкость для проектирования систем по очистке воды, топливных элементов и множества других направлений. Как говорят учёные, с помощью новой технологии можно снять ограничение на создание одной поры за один раз. По их методике создания пор высокой плотности можно контролировать габариты и точность расположения пор. Данная техника может использоваться по нескольким направлениям. Хениг считает наиболее перспективным направлением использования — сохранение экологии. Это может быть очистка воды, извлечение ценных материалов и т. п. По его мнению, подобные сферы деятельности по-настоящему важны и востребованы сейчас.

Исследователи отметили, что новая разработка стала ответвлением от совместной работы по аккумуляторам, проводимой совместно с профессором PME Ширли Мэн и доцентом квантовой группы доцента PME Шуолуном Яном. Учёные работают в разрозненных академических пространствах, используя три лаборатории. Их сотрудничество началось с того, что они решили преодолеть давнее препятствие по выращиванию квантовых кубитов на кристаллах. Три команды учёных пытаются разработать методы точного синтеза не только для одного вида материала и не только для одного типа параметров материала. Благодаря этому, им удаётся манипулировать структурой и составом материала в процессе создания точных пор и дефектов.