Nanotube membrane
நானோகுழாய் சவ்வுகள் என்பது ஒற்றை, திறந்த முனை நானோகுழாய் (சிஎன்டி) அல்லது நானோகுழாய்களின் வரிசையைக் கொண்ட ஒரு படலம் ஆகும், அவை தேன்கூட்டின் செல்கள் போன்ற ஊடுருவ முடியாத படல மேட்ரிக்ஸின் மேற்பரப்பில் செங்குத்தாக அமைந்துள்ளன. நானோகுழாய் சவ்வை பாரம்பரியமான, நன்கு அறியப்பட்ட நுண்ணிய சவ்வுகளுடன் வேறுபடுத்துவதற்கு 'ஊடுருவ முடியாதது' இங்கு அவசியம். திரவங்கள் மற்றும் வாயு மூலக்கூறுகள் மொத்தமாக சவ்வு வழியாக செல்லலாம், ஆனால் நானோகுழாய்கள் வழியாக மட்டுமே. உதாரணமாக, நீர் மூலக்கூறுகள் சிஎன்டிகள் வழியாகச் செல்லும்போது சங்கிலிகளைப் போல செயல்படும் வரிசைப்படுத்தப்பட்ட ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளை உருவாக்குகின்றன. இது நானோகுழாய்களுக்கும் தண்ணீருக்கும் இடையில் கிட்டத்தட்ட உராய்வு இல்லாத அல்லது அணு ரீதியாக மென்மையான இடைமுகத்தை விளைவிக்கிறது, இது ஹைட்ரோபோபிக் இடைமுகத்தின் "ஸ்லிப் நீளம்" உடன் தொடர்புடையது. துளை சுவர்களுக்குள் நீரின் தொடர்ச்சியற்ற நடத்தையை விவரிக்கும் சீட்டு நீளம் போன்ற பண்புகள் எளிய ஹைட்ரோடினமிக் அமைப்புகளில் புறக்கணிக்கப்படுகின்றன மற்றும் ஹேகன்-போய்சுயில் சமன்பாட்டிலிருந்து இல்லை. மூலக்கூறு மாறும் உருவகப்படுத்துதல்கள் கார்பன் நானோகுழாய்கள் வழியாக நீர் மூலக்கூறுகளின் ஓட்டத்தை ஹேகன்-போய்சுயில் சமன்பாட்டின் மாறுபட்ட வடிவத்துடன் சிறப்பாக வகைப்படுத்துகின்றன, இது ஸ்லிப் நீளத்தை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்கிறது. ஒற்றை குழாய் சவ்வுகள் (150 என்எம்) வழியாக பாலிஸ்டிரீன் துகள்களின் (60 மற்றும் 100 என்எம் விட்டம்) போக்குவரத்து 2000 ஆம் ஆண்டில் பதிவாகியுள்ளது. விரைவில், பல சுவர் மற்றும் இரட்டை சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்களைக் கொண்ட குழும சவ்வுகள் புனையப்பட்டு ஆய்வு செய்யப்பட்டன. பல சுவர் குழாய்கள் (உள் விட்டம் 7 நானோமீட்டர்) மற்றும் இரட்டை சுவர் குழாய்கள் (உள் விட்டம் <2 நானோமீட்டர்) ஆகிய இரண்டிற்கும், ஹேகன்-போய்சுயில் சமன்பாட்டின் மூலம், பாரம்பரிய திரவ இயக்கவியல் கணிக்கக்கூடிய அளவை விட ஐந்து அளவு வரை சவ்வின் கிராஃபிடிக் நானோகுழாய் மையங்கள் வழியாக நீர் செல்ல முடியும் என்று காட்டப்பட்டது. ஹோல்ட் மற்றும் பலர் மேற்கொண்ட சோதனைகளில், சிலிக்கான் நைட்ரைடு மேட்ரிக்ஸில் இரட்டை சுவர் கொண்ட கார்பன் நானோகுழாய்களின் மூன்று மாதிரிகள் மூலம் மாறுபட்ட சவ்வு பாய்ச்சல்கள் மற்றும் தடிமன்களுடன் தூய நீர் (~ 1.0020 cP பாகுத்தன்மை) கொண்டு செல்லப்பட்டது. ஹேகன்-போய்சுயில் சமன்பாட்டால் கணக்கிடப்பட்டபடி, இந்த சவ்வுகள் நோ-ஸ்லிப் ஹைட்ரோடினமிக் ஓட்டத்திற்கு எதிர்பார்க்கப்பட்டதை விட மூன்று வரிசைகளுக்கு மேல் வேகமான மேம்பட்ட ஓட்டத்தைக் கொண்டிருப்பது கண்டறியப்பட்டது. 1 முதல் 2 நானோ மீட்டர் விட்டம் கொண்ட துளைகளைக் கொண்ட நானோகுழாய்களுக்கான இந்த முடிவுகள் ஒரு நானோ விநாடிக்கு ஒரு நானோ மீட்டருக்கு சுமார் 10-40 நீர் மூலக்கூறுகளுடன் ஒத்திருக்கின்றன. மைனக் மஜூம்தர் மற்றும் பலர் இதேபோன்ற ஒரு பரிசோதனையில், திட பாலிஸ்டிரீனில் சுமார் 7 நானோமீட்டர் விட்டம் கொண்ட நானோகுழாய்கள் அவற்றின் திரவ வேகங்களுக்கு சோதிக்கப்பட்டன. இந்த முடிவுகள் இதேபோல் நானோகுழாய்கள் நீண்ட ஸ்லிப்-பிளேன்களைக் கொண்டுள்ளன என்பதையும், வழக்கமான திரவ ஓட்ட கணிப்புகளை விட நான்கு முதல் ஐந்து வரிசைகளின் அளவு வேகமாக இருப்பது கண்டறியப்பட்டது என்பதையும் காட்டியது. கார்பன் நானோகுழாய் சவ்வுகள் வழியாக (நிரப்பு மேட்ரிக்ஸ் இல்லாமல், இவ்வாறு சிஎன்டிகளின் வெளிப்புற மேற்பரப்பில் பாய்கிறது) நீரின் ஓட்டத்தை மின்சார மின்னோட்டத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் கட்டுப்படுத்த முடியும் என்பது மேலும் நிரூபிக்கப்பட்டது. நானோகுழாய் சவ்வுகள் ஒரு நாள் பயன்படுத்தப்படக்கூடிய பல சாத்தியமான பயன்பாடுகளில் ஒன்று தண்ணீரை உப்புநீக்கம் செய்வதாகும். மித்ரா மற்றும் பலர். (8-14) சிஎன்டி அடிப்படையிலான சவ்வை உற்பத்தி செய்வதில் ஒரு புதுமையான கட்டமைப்பை முன்னெடுத்தார். இந்த முறை துளைகள் மற்றும் சவ்வு மேற்பரப்பில் கார்பன் நானோகுழாய்களை நிலைநிறுத்துவதன் மூலம் ஒரு உயர்ந்த சவ்வை உருவாக்குகிறது. அவர்களின் பணியில், சிஎன்டிகள் பாலிமெரிக் அல்லது பீங்கான் சவ்வுகளாக நிலைநிறுத்தப்படுகின்றன, இது கார்பன் நானோகுழாய் நிலைநிறுத்தப்பட்ட சவ்வு (சிஎன்ஐஎம்) என்று குறிப்பிடப்படும் தனித்துவமான சவ்வு கட்டமைப்பின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுக்கிறது. சிஎன்டியை சிதறடிக்கப்பட்ட வடிவத்தில் இருந்து நிலைநிறுத்துவதன் மூலம் இது அடையப்பட்டது. இத்தகைய சவ்வுகள் வலுவானவை, வெப்ப நிலையானவை மற்றும் அதிக தேர்ந்தெடுக்கும் தன்மையைக் கொண்டுள்ளன. சிஎன்டிகளை அவற்றின் மேற்பரப்புகள் கரைசலுடன் நேரடியாக தொடர்பு கொள்ள சுதந்திரமாக இருக்கும் வகையில் நிலைநிறுத்துவதே இங்குள்ள குறிக்கோள். இந்த முறையால் உற்பத்தி செய்யப்படும் சவ்வு கடல் நீர் உப்புநீக்கம் (8,9), சவ்வு பிரித்தெடுத்தல் (10), தண்ணீரிலிருந்து கொந்தளிப்பான கரிமங்களை அகற்றுவதன் மூலம் நீர் சுத்திகரிப்பு (11) மற்றும் நீர் மாசுபடுத்திகளின் பகுப்பாய்விற்காக மைக்ரோ ஸ்கேல் சவ்வு பிரித்தெடுத்தல் (12-14) போன்ற பல்வேறு பயன்பாடுகளில் பாய்வு மற்றும் தேர்ந்தெடுப்பதில் வியத்தகு மேம்பாடுகளைக் காட்டியுள்ளது. 2016 ஆம் ஆண்டில், பெரிய வடிவ வணிக அளவிலான சிஎன்டி சவ்வுகள் முதன்முறையாக அறிமுகப்படுத்தப்பட்டன. ஆரம்பத்தில் இந்த சவ்வுகள் முன்பு ஆராய்ச்சி ஆய்வகங்களில் செய்யப்பட்டதைப் போலவே தட்டையான தாள் வடிவத்தில் தயாரிக்கப்பட்டன, இருப்பினும் மிகப் பெரிய அளவில். 2017 ஆம் ஆண்டில், நிறுவனம் ஒரு வெற்று நார் சவ்வு சிஎன்டி சவ்வின் வளர்ச்சியை அறிவித்தது, நானோகுழாய்கள் சவ்வின் மேற்பரப்புக்கு செங்குத்தாக செங்குத்தாக அமைந்துள்ளன, இது இதற்கு முன்பு அடையப்படாத ஒன்று. அனைத்து சந்தர்ப்பங்களிலும், சிஎன்டிகள் தனித்துவமான துளைகளாக செயல்படுகின்றன, அவை சவ்வு முழுவதும் வெகுஜன போக்குவரத்தை மேம்படுத்துகின்றன, அளவு அல்லது இரசாயன உறவின் அடிப்படையில் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, கடல்நீரைக் குடிநீராக்கும் விஷயத்தில் சிஎன்டிகள் நீர் போக்குவரத்தை மேம்படுத்துகின்றன, அதே நேரத்தில் நீர்ப்பாசனம் செய்யப்பட்ட உப்பு அயனிகளின் அளவைப் பொறுத்து உப்புகளின் பரிமாற்றத்தைத் தடுக்கின்றன அல்லது குறைக்கின்றன. நீர் சுத்திகரிப்பு, ஊடுருவல் மற்றும் பிரித்தெடுத்தல் போன்ற கரிமங்களை அகற்றும் விஷயத்தில், சிஎன்டி சவ்வுகள் முன்னுரிமை அடிப்படையில் கரிமங்களை ஊடுருவி, வடிகட்டுதல் போன்ற முறைகளைப் பயன்படுத்தி முன்பு மட்டுமே சாத்தியமான பிரிப்புகளை அனுமதிக்கின்றன. கரிம/நீர் பிரிப்புகளுக்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு தண்ணீரிலிருந்து எத்தனால் பிரித்தல் ஆகும், இதில் சிஎன்டி சவ்வுகள் எத்தனால் போக்குவரத்துக்கு கிட்டத்தட்ட சிறந்த தேர்ந்தெடுக்கும் தன்மையைக் காட்டுகின்றன. பாதை பொறிக்கப்பட்ட சவ்வில் நானோபோர் அளவீடு 1960 களின் பிற்பகுதியில் தடம் பொறிக்கப்பட்ட தொழில்நுட்பம் கண்டுபிடிக்கப்பட்டதிலிருந்து, தேவையான விட்டம் கொண்ட வடிகட்டி சவ்வுகள் உணவு பாதுகாப்பு, சுற்றுச்சூழல் மாசுபாடு, உயிரியல், மருத்துவம், எரிபொருள் செல் மற்றும் வேதியியல் உள்ளிட்ட பல்வேறு துறைகளில் சாத்தியமான பயன்பாட்டைக் கண்டறிந்துள்ளன. இந்த தடம்-பொறிக்கப்பட்ட சவ்வுகள் பொதுவாக பாலிமர் சவ்வில் தடம்-பொறித்தல் செயல்முறை மூலம் தயாரிக்கப்படுகின்றன, இதன் போது பாலிமர் சவ்வு முதலில் கனமான அயனி கற்றை மூலம் கதிர்வீச்சு செய்யப்பட்டு தடங்களை உருவாக்குகிறது, பின்னர் உருளை துளைகள் அல்லது சமச்சீரற்ற துளைகள் ஈரமான பொறித்த பிறகு பாதையில் உருவாக்கப்படுகின்றன. வடிகட்டி சவ்வுகளை உருவாக்குவதைப் போலவே முக்கியமானது சவ்வில் உள்ள துளைகளின் தன்மை மற்றும் அளவீடு ஆகும். இதுவரை, சில முறைகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன, அவை அவை பயன்படுத்திய இயற்பியல் வழிமுறைகளுக்கு ஏற்ப பின்வரும் வகைகளாக வகைப்படுத்தப்படலாம்ஃ ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (எஸ்இஎம்), டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (டிஇஎம்), அணுசக்தி நுண்ணோக்கி (ஏஎஃப்எம்) போன்ற இமேஜிங் முறைகள்; குமிழி புள்ளி மற்றும் வாயு போக்குவரத்து போன்ற திரவப் போக்குவரத்து; நைட்ரஜன் உறிஞ்சுதல்/உறிஞ்சுதல் (பிஇஎச்), பாதரச போரோசிமெட்ரி, திரவ-நீராவி சமநிலை (பிஜேஎச்), வாயு-திரவ சமநிலை (பெர்மோபோரோமெட்ரி) மற்றும் திரவ-திட சமநிலை (தெர்மோபோரோமெட்ரி) போன்ற திரவ உறிஞ்சுதல்; மின்னணு கடத்துத்திறன்; மீயொலி நிறமாலை; மிக சமீபத்தில், நானோபோர் அளவு அளவீட்டிற்கான ஒரு முறையாக ஒளி பரிமாற்ற நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துவது முன்மொழியப்பட்டுள்ளது. கார்பன் நானோகுழாய் நானோ வடிகட்டுதல் நானோஃப்ளூய்டிக்ஸ் கார்பன் நானோகுழாய்களின் சாத்தியமான பயன்பாடுகள் குறிப்புகள் 8.: "கார்பன் நானோகுழாய் மேம்படுத்தப்பட்ட மெம்பிரேன் வடிகட்டுதல் ஒரே நேரத்தில் தூய நீர் உற்பத்தி மற்றும் செறிவூட்டப்பட்ட மருந்து கழிவுகள்". கென் கெத்தார்ட், ஓர்ன்திடா சே-கோவ், சோமநாத் மித்ரா. 90, 239-245,. பிரிப்பு மற்றும் சுத்திகரிப்பு தொழில்நுட்பம். 2012 9.::: "கார்பன் நானோகுழாய் மேம்படுத்தப்பட்ட சவ்வு வடிகட்டலைப் பயன்படுத்தி நீர் உப்புநீக்கம்". கென் கெத்தார்ட், ஓர்ன்திடா சே-கோவ், சோமநாத் மித்ரா. ACS பயன்பாட்டு பொருட்கள் மற்றும் இடைமுகங்கள். 2011, 3, 110-114. 10.::: "கார்பன் நானோகுழாய் அசையாத வெற்று நார் சவ்வுகளில் ஒரே நேரத்தில் பிரித்தெடுத்தல் மற்றும் செறிவு". ஓர்ன்திடா சே-கோவ் மற்றும் சோமநாத் மித்ரா. அனல். கெம். 2010, 82 (13), 5561-5567. 11.::: "கார்பன் நானோகுழாய் நிலைநிறுத்தப்பட்ட கலப்பு வெற்று நார் சவ்வுகள் நீரிலிருந்து ஆவியாதல் கரிமங்களை அகற்றுவதற்காக". ஓர்ன்திடா சே-கோவ் மற்றும் சோமநாத் மித்ரா. ஜே. இயற்பியல். கெம். சி. 2010,114,16351-16356. 12.::: "கார்பன் நானோகுழாய்களின் உற்பத்தி மற்றும் பண்புக்கூறு நிலைநிறுத்தப்பட்ட நுண்ணிய பாலிமெரிக் சவ்வுகள்". ஓர்ன்திடா சே-கோவ் மற்றும் சோமநாத் மித்ரா. ஜே. மேட்டர். கெம்., 2009,19 (22), 3713-3718. 13.:: "கார்பன் நானோகுழாய் மத்தியஸ்த மைக்ரோஸ்கேல் மெம்பிரேன் பிரித்தெடுத்தல்". கே. ஹில்டன், ஒய். சென், எஸ். மித்ரா, ஜே. குரோமடோகர். A., 2008,1211,43-48. 14.:: "துருவ பகுப்பாய்வுகளின் மேம்பட்ட பிரித்தெடுத்தலுக்காக கார்பன் நானோகுழாய் நிலைநிறுத்தப்பட்ட துருவச் சவ்வுகள்". மதுலீனா. பத்ரா, சோமநாத். மித்ரா. ஆய்வாளர். 2012, 137, 4464-4468. கார்பன் நானோகுழாய்கள் வளர்ந்து வரும் தொழில்நுட்பங்கள்