Control de flujo en membranas de nanotubos de carbono a través de fuerzas capilares

Abstract

The controlled flow of water molecules at the nanoscale is an initial step to many info:eu-repo/semantics/other fluidic processes that will be applied to the nanotechnology for several study fields. In this work, we study how thin films of water can be drawn through a carbon nanotube membrane by using a plunger in a system that mimics the behavior of a nanosyringe. One of the initial questions of this study is to clarify if water molecules can be transferred through carbon nanotube membranes, because we intuitively know that carbon materials are hydrophobic, which implies a repulsion of water molecules. The following step in this study was to found out if water molecules not only wet the surface of the membrane, but they transfer from one side to the info:eu-repo/semantics/other. Now that we know that the molecular transport occurs, the main focus of the work changed to find out which is the me maximum speed of the plunger and flux rate that we can achieve in this system finding out values for the plunger speed around 25 cm/s and flux rates exceeding 1025 molecules cm -2 s-1. Above these speed molecules cannot fill the chamber and the flux rate drops. The nature of the plunger was also studied using hydrophobic or hydrophilic plungers to verify if the interaction plunger-fluid does or does not affect the flux rate or the plunger speed, finding out that the surface interactions play a limited role in controlling the flux.

El flujo controlado de moléculas de agua en una escala manométrica es un paso inicial que procederá al de diferentes fluidos para poder desarrollar mayor nanotecnología aplicable a diversos campos de estudio de interés variado. En este trabajo de tesis para obtener el grado de licenciatura, estudiamos como pequeñas películas de agua pueden ser transportadas mediante un arreglo de nano jeringa dentro de una membrana basada en nanotubos de carbono y una pared que fungirá como embolo. El trabajo en un inicio centra su atención en saber si es posible hacer que moléculas de agua puedan transferirse de un lado de la membrana de nanotubos de carbono al otro lado debido al carácter hidrofóbico que presenta la misma; al estudiar y ver que es posible que este proceso ocurra, se centra el estudio en localizar una velocidad máxima a la cual se da el máximo transporte molecular para el sistema desarrollado para este estudio, al aumentar la velocidad a la cual alejamos el embolo del sistema podemos encontrar rangos de flujo que exceden el orden de 1025moleculas cm-2 s-1. Encontrando así una velocidad límite a la cual las moléculas de agua ya no pueden transportarse hacienda uso de este arreglo, la cual ronda cerca de 25 cm/s. Al encontrar nuestra velocidad límite para en embolo de carácter hidrofóbico podemos suponer que cambiando la naturaleza química del embolo podríamos superar este transporte molecular basándonos ahora en un embolo con características hidrofílicas y encontrar una nueva velocidad límite para este sistema, suponiendo de antemano que debido al carácter lograríamos superar la velocidad ya encontrada lo cual ocupa la parte final de este trabajo, para lo cual encontramos que la naturaleza química del embolo no juega un papel de principal importancia en este sistema.