دست یابی به روش جداسازی ایزوتوپ های هیدروژن شده با فناوری نانو

دکتر مهدی نیک عمل پژوهشگر برتر در رشته فیزیک در سال 1393 و عضو هیات ‌علمی دانشگاه شهید رجایی با همکاری محققان و دانشمندانی از انگلیس، آلمان و بلژیک موفق به ارائه روشی برای بررسی و جدا سازی ایزوتوپ‌های هیدروژن شده ‌بدون نیاز به رآکتور شدند. این استاد و پژوهشگر با همکاری این محققان، تابش باریکه‌ای از اتم‌های هیدروژن از میان نانوکانال‌های ساخته شده از گرافن سفید را به لحاظ تجربی و نظری مورد بررسی قرار دادند. محقق ایرانی در این پژوهش که در دانشگاه منچستر انگلیس انجام شد مسئولیت انجام محاسبات کوانتومی را بر عهده داشت. دست یابی به روش جداسازی ایزوتوپ های هیدروژن شده با فناوری نانو اولین بار توسط این پژوهشگر ایرانی حاصل شده است.
می‌دانیم که بسیاری از اتم‌ها دارای ایزوتوپ‌های مختلفی هستند. جدا کردن ایزوتوپ‌ها از باریکه حاوی ایزوتوپ‌های مختلف در دمای معمولی یکی از نیازهای قدیمی صنعت رادیو پزشکی است. رادیو ایزوتوپی یکی از کاربردهای پزشکی در جدا کردن ایزوتوپ‌هاست. در رادیو پزشکی ایزوتوپ‌ها به از بین رفتن سلول‌های سرطانی کمک می‌کنند. در این پژوهش و طرح تحقیقاتی روشی کاملاً جدید برای جدا کردن ایزوتوپ‌ها بدون نیاز به رآکتور ارائه شده است.
همان‌طور که صافی‌های با منفذهای میکروسکوپی، ذرات میکروسکوپی را جداسازی می‌کنند، صافی‌های نانومتری هم می‌تواند مولکول‌ها و اتم‌های با اندازه‌های متفاوت (در حد آنگستروم تا نانومتر) را جداسازی کند. اما به لحاظ نظری تفاوت این دو پدیده در ظهور اثرات کوانتومی در ابعاد آنگسترومی است. ما با کمک نظریه تابعی چگالی (DFT) یکی از قوی‌ترین ابزارهای محاسبات کوانتومی در حال حاضر، توانستیم سد انرژی در برابر نفوذ و حرکت پخشی هیدروژن و ایزوتوپی از آن را از میان کانال‌های نانومتری محاسبه کنیم.

هنوز کاملاً مشخص نیست که چقدر نظریه‌های موجود در توصیف دقیق جنبه‌های گوناگون مسئله موفق هستند، اما در عین حال DFT فعلاً بهترین ابزار برای بررسی رفتار اتم‌ های سبک در این نانو کانال‌هاست.
نتایج این پژوهش ارزشمند در قالب یک مقاله با عنوان Transport of hydrogen isotopes through interlayer spacing in van der Waals crystals در مجله معتبر Nature Nanotechnology با ضریب تأثیر 38.988 (سال 2018، صفحه 1) منتشر شده است.

منبع: ستاد فناوری نانو