Написано AZoNano

Движение жидкостей через небольшие капилляры и каналы имеет решающее значение для процессов, начиная от кровотока через мозг до выработки электроэнергии и электронных систем охлаждения, но это движение часто прекращается, когда канал меньше 10 нанометров.

Исследователи во главе с инженером Университета Хьюстона сообщили о новом понимании процесса и о том, почему некоторые жидкости застаиваются в этих крошечных каналах, а также о новом способе стимулирования потока жидкости с помощью небольшого повышения температуры или напряжения для способствуют переносу массы и ионов.

В работе, опубликованной в ACS Applied Nano Materials исследуется движение жидкостей с более низким поверхностным натяжением, которое позволяет разрывать связи между молекулами при их выталкивании в узкие каналы, останавливая процесс переноса жидкости. , известный как капиллярное впитывание. Исследование было также показано на обложке журнала.

Хади Гасеми, доцент кафедры машиностроения Каллен в UH и соответствующий автор статьи, сказал, что эта капиллярная сила управляет потоком жидкости в небольших каналах и является критическим механизмом для массового транспорта в природе и технике, то есть в ситуациях от кровотока в мозге человека до движения воды и питательных веществ из почвы в корни и листья растений, а также в промышленных процессах.

Но различия в поверхностном натяжении некоторых жидкостей заставляют процесс затекания – и, следовательно, движение жидкости – останавливаться, когда эти каналы меньше 10 нанометров, сказал он. Исследователи сообщили, что можно стимулировать непрерывное течение, манипулируя поверхностным натяжением с помощью небольших раздражителей, таких как повышение температуры или использование небольшого количества напряжения.

Гасеми сказал, что даже небольшое повышение температуры может активировать движение, изменяя поверхностное натяжение, которое они назвали «наногейтс». В зависимости от жидкости достаточно поднять температуру между 2 градусами Цельсия и 3 градусами Цельсия.

«Поверхностное натяжение может быть изменено с помощью различных переменных», сказал он. «Самым простым из них является температура. Если вы измените температуру жидкости, вы сможете снова активировать этот поток жидкости». Процесс может быть тонко настроен для перемещения жидкости или только определенных ионов внутри нее, предлагая обещание большего сложная работа в наномасштабе.

«Наногинты поверхностного натяжения обещают платформы для управления наноразмерными функциональными возможностями широкого спектра систем, и могут быть предусмотрены приложения для доставки лекарств, преобразования энергии, выработки энергии, опреснения морской воды и разделения ионов», исследователи написали.

В дополнение к Гасеми и первому автору Масумеху Назари, исследователями, участвующими в проекте, являются Сина Назифи, Циксу Хуан, Тянь Тонг и Цзимин Бао, все с Университетом Хьюстона, и Каусик Дас и Хабилу Уро-Кура, оба с Университет Мэриленда на восточном побережье.

Финансирование проекта осуществлялось Управлением научных исследований ВВС, Национальным научным фондом и Министерством образования США.

Источник: https://www.uh.edu/