ศึกษาเกี่ยวกับพลังงาน

เยื่ออนินทรีย์อาจเปรียบได้กับตะแกรงในครัว เช่นเดียวกับตะแกรงแยกอนุภาคขนาดเล็กออกจากอนุภาคขนาดใหญ่ เยื่ออนินทรีย์ซึ่งโดยทั่วไปทำจากเซรามิกหรือโลหะ จะเลือกแยกโมเลกุลตามขนาดและคุณสมบัติของอนุภาค ในความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่ ทีมนักวิจัยจากวิทยาลัยการออกแบบและวิศวกรรม (CDE) แห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ นำโดยศาสตราจารย์ Ho Ghim Wei จากภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ ได้พัฒนาเทคนิคที่ปฏิวัติวงการสำหรับการผลิต เยื่ออนินทรีย์บางเฉียบ เยื่ออิสระเหล่านี้สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องมีวัสดุรองรับ ซึ่งเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญของเทคโนโลยีเมมเบรน เยื่ออนินทรีย์ที่ปรับแต่งได้สูงและผลิตได้ง่าย ซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยกลยุทธ์การสังเคราะห์ที่เป็นสากลและง่าย มีศักยภาพที่จะเป็นประโยชน์ต่อการใช้งานนอกเหนือจากการกรองและการแยก ตั้งแต่การแปลงพลังงานไปจนถึงการเร่งปฏิกิริยาและการตรวจจับ ความเก่งกาจของเมมเบรนสามารถเปลี่ยนภาคส่วนและอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเมมเบรน ด้วยการส่งเสริมประสิทธิภาพและความยั่งยืนในกระบวนการทางอุตสาหกรรม การวิจัยบุกเบิกของนักวิทยาศาสตร์ของ NUS ได้เปิดเผยความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ในการเอาชนะความท้าทายด้านพลังงานเมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ เมมเบรนได้รับการจินตนาการใหม่ เทคโนโลยีเมมเบรนแบบธรรมดาที่ใช้ในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์และการแยกสารเป็นที่ทราบกันดีว่าใช้พลังงานมากและมีราคาแพง ซึ่งมักจะต้องใช้ทั้งความดัน ความร้อน และสารเคมีในบางครั้งเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ยิ่งไปกว่านั้น เมมเบรนจะต้องได้รับการสร้างใหม่ ในขณะที่ส่วนประกอบที่ผ่านการกรองมักจะต้องการการบำบัดเพิ่มเติมหลังจากการแยก ซึ่งนำไปสู่ความต้องการพลังงานและค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม ข้อจำกัดดังกล่าวของเทคโนโลยีเมมเบรนแบบดั้งเดิมเป็นแรงผลักดันให้นักวิจัยหลังปริญญาเอก ดร. จาง เฉิน ในทีมของศาสตราจารย์โฮ พัฒนากลยุทธ์การสังเคราะห์ใหม่สำหรับเมมเบรนอนินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูง วิธีการของดร.จางเกี่ยวข้องกับการทำให้เชื่องก้อนโครงสร้างอนินทรีย์ที่วุ่นวาย ลอยอย่างอิสระในสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลว เกลี้ยกล่อมให้พวกมันรวมตัวกันเป็นเมมเบรนที่ต้องการ กระบวนการที่ปรับแต่งได้นี้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับแต่งความหนาของเมมเบรนและลักษณะรูพรุนสำหรับการใช้งานเฉพาะ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการใช้ พลังงาน สูงสุด "การศึกษาของเรายังช่วยให้เราใช้แนวทางใหม่ในการคิดใหม่ว่าเยื่ออนินทรีย์ได้รับการพัฒนาแบบดั้งเดิมอย่างไร" ดร. จางกล่าวเสริม นักวิทยาศาสตร์ของ NUS ได้นำเสนอเทมเพลตการสังเคราะห์ที่นักวิจัยคนอื่นๆ สามารถนำไปใช้กับงานของพวกเขาได้ ซึ่งอาจกระตุ้นให้เกิดการค้นพบเยื่อใหม่ที่มีช่วงองค์ประกอบที่กว้างขึ้นในลักษณะที่ปรับขนาดได้และคุ้มค่า จากมุมมองเชิงโครงสร้าง เมมเบรนที่ผลิตขึ้นมีความหลากหลายทางเรขาคณิตมากกว่าแบบทั่วไป ทำให้มีความยืดหยุ่นและทางเลือกมากขึ้นในการออกแบบโครงสร้างเมมเบรน นอกจากนี้ การศึกษายังสำรวจการทำงานของเมมเบรน ซึ่งใช้สิ่งกีดขวาง 2 มิติแบบเลือกสูงเพื่อควบคุมการไหลของพลังงานผ่านเมมเบรน คุณลักษณะนี้อาจมีอิทธิพลต่อการทำงานของเมมเบรน - ช่วยให้ไอออนถูกกรองตามประจุ พลังงานรูปแบบต่างๆ เช่น ความร้อน ไฟฟ้า หรือแสงที่ต้องควบคุม หรือโมเลกุลเฉพาะเจาะจงที่เข้มข้น ความยืดหยุ่นดังกล่าวเป็นที่ต้องการอย่างมากในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับพลังงานต่างๆ รวมถึงเซลล์เชื้อเพลิงและการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ "เทคนิคใหม่ของเรามีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมที่ต้องพึ่งพาเมมเบรนอย่างมากในการดำเนินงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับพลังงานหรือสิ่งแวดล้อม" ศ.โฮ กล่าว "ความสามารถในการสร้างเยื่ออนินทรีย์แบบอิสระที่มีการคัดเลือกสูงทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นมากมายสำหรับการใช้งานในการแยกแบบไดนามิกเชิงพื้นที่ขั้นสูง การเร่งปฏิกิริยา เซ็นเซอร์ หน่วยความจำ และตัวนำไอออนิก ซึ่งทั้งหมดนี้แสดงถึงการพัฒนาที่ไม่เคยมีมาก่อน" การค้นพบของทีมได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์Natureเมื่อวันที่ 29 มีนาคม พ.ศ. 2566 กำหนดอนาคตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ด้วยการเน้นที่ประสิทธิภาพและการปรับแต่ง นวัตกรรมของนักวิจัยจึงมีบทบาทสำคัญในการริเริ่มด้านความยั่งยืนของ NUS ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับเมมเบรนทั่วโลกอย่างมาก และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของอุตสาหกรรมต่างๆ ด้วยศักยภาพของความก้าวหน้า ศาสตราจารย์ Ho วางแผนที่จะนำทีมนักวิทยาศาสตร์แบบสหวิทยาการในโครงการวิจัยหลายแง่มุมเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีเมมเบรนไปสู่ระดับต่อไป "ด้วยการสำรวจส่วนประกอบของเมมเบรนที่หลากหลายและเชื่อมต่อเข้ากับพลังงานรูปแบบต่างๆ เราหวังว่าจะปลดล็อกการใช้งานใหม่ๆ และก้าวไปสู่อนาคตที่ยั่งยืนยิ่งขึ้น" ศาสตราจารย์ Ho กล่าว ทีมงานยังต้องการพัฒนาเครื่องมือการผลิตแบบอัตโนมัติเพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิตเยื่ออนินทรีย์ ทำให้เทคโนโลยีของพวกเขาสามารถเข้าถึงได้มากขึ้นในระดับที่กว้างขึ้น