Transistorin kaltaiset kalvot tehostavat ionien erottelua23.02.2026
Science Advances -lehdessä julkaistu tutkimus, joka voisi tehostaa tarkkuuserotteluprosesseja, kuten vedenkäsittelyä, lääkeaineiden annostelua ja harvinaisten maametallien uuttamista, on tehty äskettäisessä tutkimuksessa. Kalvot on tehty MXene-pinoista – vain muutaman atomin paksuisista 2D-levyistä. Ionit puristuvat MXene-kerrosten väliin muodostuneiden nanomittaisten kanavien läpi. Tähän asti tiedemiehet ovat ajatelleet, että MXene-kalvon ominaisuudet ovat luontaisia ja muuttumattomia valmistuksen jälkeen. Ionien kuljetusnopeuden ajateltiin siten olevan sisäänrakennettuna alusta alkaen. Mutta alan edistysaskeleena tiimi havaitsi, että MXene-kalvot voidaan sen sijaan konfiguroida toimimaan transistoreiden tavoin. Koska MXene-materiaali on sähköä johtavaa, sähkökentän käyttäminen voi muuttaa molekyylikuljetuksen tehokkuutta kalvon läpi. ”Tämä työ sai inspiraationsa transistorin kyvystä säädellä laitteen läpi kulkevaa virtaa käyttämällä hilajännitettä”, sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja ja LLNL-tutkija Aleksandr Noy. ”Se on aivan kuin puutarhaletkun virtausta voi säätää venttiilillä tai astumalla jalalla sen päälle.” Kuten transistorit, jotka ohjaavat sähkövirtaa jännitteellä, nämä kalvot ohjaavat molekyylivirtausta käytetyn sähkökentän avulla. Pinnan sähkövaraus määrittää, kuinka monta ionia mahtuu MXene-kerrosten väliin ja kuinka helposti ne liikkuvat. Transistorimaisen käyttäytymisensä ansiosta MXene-kalvon kuljetusominaisuudet voidaan kytkeä päälle ja pois reaaliajassa koko erotusprosessin ajan. ”Osoitimme myös, että käyttämällä vuorottelevaa positiivista ja negatiivista jännitettä pystyimme parantamaan ionien kulkeutumista kalvon läpi ja tekemään siitä käytännössä itsepumppaavan”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja, entinen LLNL:n postdoc-tutkija Aaditya Pendse. ”Tämä lisää ionien kulkeutumisen tehokkuutta kalvon läpi.” ”Tämä värähtelevään jännitteeseen perustuva lähestymistapa on erityisen merkittävä löytö, sillä se mahdollistaa kalvon aktiivisen molekyylikuljetuksen ohjaamisen sen sijaan, että se luottaisi pelkästään passiiviseen diffuusioon”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja, Massachusetts Institute of Technologyn jatko-opiskelija Arjun Yennemadi. Jatkossa tiimin tavoitteena on testata, miten nämä kalvot voisivat toimia harvinaisten maametallien ionien kuljettamisessa ja erottamisessa – nämä ovat kriittisiä materiaaleja, joita tarvitaan vankan Yhdysvaltain toimitusketjun ylläpitämiseen, todetaan tutkimuslaitoksen tiedotteessa. Aiheesta aiemmin: Sähköisesti erinomaisia MXenejä |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion (LLNL) tutkijat saavuttivat ionien erottelujen reaaliaikaisen virityksen ohjaamalla sähköisesti uutta "transistori"-kalvoa – kyvyn, jota aiemmin pidettiin mahdottomana.