9. 10. 2026

Jak skrytá prázdnota může definovat užitečnost filtračních materiálů

Nové
Foto: OBRÁZEK SE SVOLENÍM FALON KALUTANTIRIGE/Zdroj tiskové zprávy
OBRAZ: TENTO SNÍMEK S NÁZVEM „BEYOND NOTHINGNESS“ BYL VYTVOŘEN POMOCÍ POČÍTAČOVÉHO MODELOVÁNÍ A ZOBRAZUJE VYSOCE ZVĚTŠENÝ POVRCH MEMBRÁNY PRO FILTRACI VODY JAKO HORNATOU KRAJINU S VÝPOČTOVÝMI DATOVÝMI BODY JAKO HVĚZDNÝM TEMNÝM VESMÍREM V POZADÍ.

Prázdné prostory existují v každé hmotě ve všech měřítcích, od astronomických po mikroskopické. V nové studii vědci použili vysoce výkonnou mikroskopii a matematickou teorii k odhalení dutin v nanoměřítku ve třech rozměrech. Tento pokrok je připraven zlepšit výkon mnoha materiálů používaných v domácnosti a v chemickém, energetickém a lékařském průmyslu, zejména v oblasti filtrace.

Zvětšení běžných filtrů používaných v domácnosti ukazuje, že i když vypadají jako pevný kus materiálu, ve skutečnosti se skládají z milionů náhodně orientovaných drobných dutin, které umožňují průchod malým částicím. V některých průmyslových aplikacích, jako je filtrace vody a rozpouštědel, tvoří bariéry, které oddělují tekutiny a částice, membrány tenké jako papír.

Studie řízená profesorem materiálové vědy a inženýrství z Illinois Qian Chenem a profesorem Ying Li z University of Wisconsin-Madison je první, která integruje materiálovou vědu a matematický koncept zvaný teorie grafů, aby pomohla zobrazit a zmapovat náhodné umístění těchto dutin uvnitř. filtrační materiály. Zjištění jsou publikována v časopise Nature Communications.

Na základě předchozí studie, která používala laboratorní modely, vědci uvedli, že nová studie se zaměřuje na mnohem složitější membrány používané v průmyslových aplikacích.

„Povrchy membrán, které jsme v této práci studovali, vypadají pouhým okem ploché, ale když jsme je přiblížili pomocí transmisní elektronové mikroskopie, elektronové tomografie a mikroskopie atomárních sil, mohli jsme pozorovat tyto dutiny usazené v těchto nanorozměrech horských krajin, které nazýváme zborceniny. “ řekl Kalutantirige, první autor studie. 

Tým však potřeboval prostředky k měření a mapování těchto funkcí, aby mohl sestavit kvantitativní prediktivní model a získat holističtější obraz povrchů membrán.

„Samotné mapování a měření budou fungovat pro materiály s pravidelnou nebo periodickou strukturou, takže bude matematicky jednoduché zvětšovat naše modely a předvídat, jak strukturální vlastnosti ovlivní výkon materiálu,“ řekl Chen. „Ale nepravidelnost, kterou jsme pozorovali v naší studii, nás přiměla k použití teorie grafů, která nám poskytuje matematický způsob, jak popsat tento heterogenní a chaotický, ale praktický, materiál.“

Teorie grafů pomohla týmu konečně získat holističtější pochopení struktury filtrační membrány, což je vedlo k objevu silné korelace mezi jedinečnými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi náhodného prázdného prostoru a zlepšeným výkonem filtrace.

„Naše metoda je velmi univerzální technikou pro popis materiálů,“ řekl Kalutantirige. „Mnoho věcí, které používáme v každodenním životě a ve vědě, není vyrobeno z materiálů složených z opakujících se jednotných struktur. Myslím si, že krása této metody spočívá v tom, že dokážeme zachytit „pravidelnost“ nepravidelných struktur.“

Tým uvedl, že tento pokrok zlepší účinnost mnoha porézních materiálů nové generace, jako jsou polymery používané při dodávání léků. Xiao Su nám pomohl s testováním výkonu membrány. Emad Tajkhorshid, Charles Schroeder a Jeffrey Moore s námi spolupracovali na syntéze a analýze polymerních systémů.

Článek byl upraven podle tiskové zprávy AAAS.

Napsat komentář

Přehled ochrany osobních údajů

Tyto webové stránky používají soubory cookies, abychom Vám mohli poskytnout co nejlepší uživatelský zážitek. Informace o souborech cookie se ukládají ve vašem prohlížeči a plní funkce, jako je rozpoznání, když se na naše webové stránky vrátíte a pomáhají našemu týmu pochopit, které části webových stránek považujete za nejzajímavější a nejužitečnější.


Warning: Undefined array key "sssp-ad-overlay-priority" in /data/web/virtuals/326454/virtual/www/wp-content/plugins/seznam-ads/includes/class-seznam-ssp-automatic-insert.php on line 276