Молекулярные заторы ускоряют движение воды по наноканалам

Автомобили в пробке двигаются чрезвычайно медленно, а вот молекулы в заторах, напротив, значительно ускоряются.

Новое исследование, проведенное учеными из Северо-западного университета, показало, что молекулы воды, проходящие по крошечным углеродным нанотрубкам, текут не непрерывно, а, скорее, периодически, с неожиданными результатами.

«Предыдущие модели молекулярной динамики предположили, что молекулы воды, бегущие по углеродным нанотрубкам, равномерно распределяются в потоке и равноудалены друг от друга в движении», сообщил профессор машиностроения Сет Лихтер из школы Маккормика университета. „Однако наша модель показала, что на самом деле они двигаются периодически, а скорость потока иногда достигает 10 миллиардов молекул в секунду и более того“.

Результаты опубликованы в издании Physical Review Letters.

Исследовнаие способно помочь разобраться с затруднением, которое сбивает с толку экспертов по гидрогазодинамике в течение многих лет. В 2005 году исследователи, предполагавшие, что молекулы воды двигаются равномерно, совершили удивительное открытие: вода по углеродным нанотрубкам двигалась в 10000 раз быстрей, чем было предсказано.

Феномен был приписан тогда предполагаемой гладкости поверхности углеродных нанотрубок, однако дальнейшее исследование показало, что на самом деле гладкостью там и не пахнет.

Лихтер и постдок Томас Сисан построили новые модели с более значительным временным разрешением, выявив локализованные вариации в распределении воды по нанотрубке. Изменения наблюдаются там, где молекулы воды не выстраиваются с определенным интервалом между атомами углерода, формируя области, в которых молекулы воды нестабильны и потому легко и быстро перемещаются по нанотрубке.

Наноканалы есть во всех наших клетках: они регулируют потоки жидкостей через клеточные мембраны. Также они обладают потенциальным промышленным применением для опреснения воды. Используя недавно открытые принципы гидрогазодинамики, можно освоить ряд других применений, например, химические разделения, батареи на основе углеродных нанотрубок, и изготовление квантовых точек, нанокристаллов с потенциалом использования в электронике.