Cho dù đó là nước máy hay một tách cà phê, hầu hết
mọi thứ chúng ta uống đều đi qua một số loại bộ lọc. Khả năng biến đổi chất lỏng
theo cách này rất cần thiết cho cuộc sống hàng ngày, tuy nhiên nó thường nằm
trên các màng tương đối mỏng manh có thể nhanh chóng làm tắc nghẽn hoặc phân hủy.
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia
Argonne thuộc Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) đang thiết kế các cách xử lý màng để chúng
có thể lọc chất lỏng tốt hơn và chống lại sự xuống cấp từ các hóa chất chế biến
công nghiệp và chất sinh học. Kỹ thuật tổng hợp xâm nhập tuần tự (SIS) được cấp
bằng sáng chế của Argonne có thể thay đổi về cơ bản một lớp màng từ bên trong,
cho phép kiểm soát nhiều hơn đối với lớp hình thành hóa học và kích thước lỗ của
nó.
SIS đã cho thấy lời hứa cho sản xuất chất bán dẫn,
lớp phủ quang học và bọt biển giúp làm sạch dầu tràn. Bây giờ, lần đầu tiên, các
nhà nghiên cứu của Argonne đã chứng minh khả năng tồn tại của kỹ thuật đối với
màng.
Được hình thành lần đầu tiên vào năm 2010 bởi các
nhà nghiên cứu của Argonne, SIS là anh em họ của sự lắng đọng lớp nguyên tử, hay
ALD. Cả hai kỹ thuật đều sử dụng hơi hóa chất để thay đổi giao diện của vật liệu
như màng.
"Nhưng có một thiếu sót quan trọng của ALD cho ứng
dụng này", Seth Darling, giám đốc Viện Kỹ thuật phân tử tại Argonne và Trung tâm
nghiên cứu biên giới năng lượng của hệ thống nước năng lượng cho biết.
Đó là bởi vì ALD về cơ bản sẽ thêm các lớp trên cùng
của màng, làm giảm dần đường kính lỗ - theo cách bạn sẽ hạn chế luồng không khí
đi qua một lỗ thông hơi trên tường nếu bạn tiếp tục sơn lên nó. SIS, mặt khác,
phát triển vật liệu bên trong cấu trúc màng, thay đổi hóa học của nó mà không
ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng lỗ.
"SIS có thể đạt được nhiều điều mà ALD có thể đạt
được về mặt kỹ thuật giao diện," Darling nói, "nhưng với sự thu hẹp lỗ tối thiểu."
Gần như tất cả các màng thương mại được làm từ các
polyme - các phân tử lớn được hình thành từ các chuỗi lặp lại của các phân tử
nhỏ hơn. SIS sử dụng khoảng trống giữa các phân tử đó, thâm nhập vào bề mặt của
màng và khuếch tán vào nó bằng một vật liệu vô cơ. Trong bằng chứng về khái niệm
của mình, Darling và các đồng nghiệp đã sử dụng SIS để trồng "hạt giống" cho
oxit nhôm và phát triển nó trong màng siêu lọc polyethersulfone (PES), khiến
chúng dẻo dai hơn mà không ảnh hưởng đến khả năng lọc.
Kỹ thuật SIS cho phép một loạt các cải tiến cho màng:
khả năng ngăn chặn các chất bẩn bám vào bề mặt, ví dụ, hoặc khả năng chống lại
các dung môi có thể cần thiết trong môi trường công nghiệp nhưng sẽ hòa tan các
vật liệu màng thông thường.
Khả năng thiết kế màng theo cách này có thể giúp cắt
giảm chi phí tại các nhà máy xử lý nước hoặc trong các ngành công nghiệp hóa
chất và dược phẩm bằng cách giảm thời gian chết và chi phí liên quan đến việc
thay thế các màng đã qua sử dụng.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng SIS để tạo ra miếng
bọt biển Oleo, thu được dầu từ nước. Trong trường hợp đó, một oxit kim loại được
phát triển trong bề mặt của miếng bọt biển đóng vai trò là nơi ghép cho các phân
tử yêu dầu.
Thanh Vân (Eurekalert)