Ontdekking zal geavanceerder werk op nanoschaal mogelijk maken

De beweging van vloeistoffen door kleine haarvaten en kanalen is cruciaal voor processen variërend van bloedstroom door de hersenen tot energieopwekking en elektronische koelsystemen, maar die beweging stopt vaak wanneer het kanaal kleiner is dan 10 nanometer.

Onderzoekers onder leiding van een ingenieur van de Universiteit van Houston hebben een nieuw begrip van het proces gerapporteerd en waarom sommige vloeistoffen in deze kleine kanalen stagneren, evenals een nieuwe manier om de vloeistofstroom te stimuleren door een kleine verhoging van temperatuur of spanning te gebruiken om massa te bevorderen en ionentransport.

Het werk, gepubliceerd in ACS toegepaste nanomaterialenonderzoekt de beweging van vloeistoffen met een lagere oppervlaktespanning, waardoor de verbindingen tussen moleculen uiteen kunnen vallen wanneer ze in nauwe kanalen worden gedwongen, waardoor het transport van vloeistoffen, ook wel capillair vochtafvoer genoemd, wordt gestopt. Het onderzoek stond ook op de cover van het tijdschrift.

Hadi Ghasemi, Cullen universitair hoofddocent Werktuigbouwkunde aan de UH en corresponderend auteur van het artikel, zei dat deze capillaire kracht de vloeistofstroom in kleine kanalen aandrijft en het cruciale mechanisme is voor massatransport in de natuur en technologie – dat wil zeggen in situaties variërend van bloedstroom in het menselijk brein voor de beweging van water en voedingsstoffen van de bodem naar de wortels en bladeren van planten, evenals in industriële processen.

Maar verschillen in de oppervlaktespanning van sommige vloeistoffen zorgen ervoor dat het wicking-proces – en dus de beweging van de vloeistof – stopt wanneer die kanalen kleiner zijn dan 10 nanometer, zei hij. De onderzoekers rapporteerden dat het mogelijk is om een ​​continue stroom te stimuleren door de oppervlaktespanning te manipuleren door kleine stimuli, zoals het verhogen van de temperatuur of het gebruik van een kleine hoeveelheid spanning.

Ghasemi zei dat het zelfs een beetje verhogen van de temperatuur beweging kan activeren door de oppervlaktespanning te veranderen, die ze ‘nanogates’ noemden. Afhankelijk van de vloeistof is het verhogen van de temperatuur tussen 2 graden Celsius en 3 graden C voldoende om de vloeistof te mobiliseren.

‘De oppervlaktespanning kan door verschillende variabelen worden gewijzigd’, zei hij. ‘De eenvoudigste is temperatuur. Als je de temperatuur van de vloeistof verandert, kun je deze vloeistofstroom weer activeren.’ Het proces kan worden verfijnd om de vloeistof te verplaatsen, of alleen specifieke ionen erin, wat veelbelovend is voor geavanceerder werk op nanoschaal.

“De nanogates voor oppervlaktespanning beloven platforms om de nanoschaalfunctionaliteit van een breed spectrum van systemen te besturen, en er kunnen toepassingen worden voorzien voor medicijnafgifte, energieomzetting, energieopwekking, ontzilting van zeewater en ionische scheiding”, schreven de onderzoekers.