选择性渗透揭示了纳米孔凉爽的一面

大阪大学的研究人员研究了允许离子选择性流动的纳米孔热能变化。关闭一个方向的离子流会产生冷却效果。这些发现可应用于纳米流体设备，并提供对细胞中离子通道控制因素的深入了解。可以定制纳米孔材料来调节冷却，并可以生产阵列来扩大效果。

您有没有想过电热水壶中的水是如何沸腾的?大多数人可能认为电只是加热水壶内的金属线圈，然后将热量传递给水。但电力的作用远不止于此。当电流使溶液中的离子流动时会产生热量。当所有离子和周围的分子都可以自由移动时，这种加热效应在整个溶液中是均匀的。现在，来自日本的研究人员已经研究了当这种流动在一个方向上受阻时会发生什么。

在《Device》杂志上发表的一项研究中，由大阪大学SANKEN(科学与工业研究所)研究人员领导的团队表明，可以通过使用纳米孔(膜上的一个非常小的孔)作为冷却剂来实现冷却。只允许某些离子通过的网关。

一般来说，用电驱动溶液中的离子会沿相反方向吸引带正电的离子和带负电的离子。因此，离子携带的热能是双向传播的。

如果离子的路径被只有纳米孔可以通过的膜阻挡，那么就可以控制流量。例如，如果孔隙表面带负电，则负离子可以与其相互作用而不是通过，并且只有正离子会流动，并带走它们的能量。

研究主要作者MakusuTsutsui解释说：“在高离子浓度下，我们测量到温度随着电功率的增加而增加。”“然而，在低浓度下，可用的负离子与带负电的纳米孔壁相互作用。因此，只有带正电的离子穿过纳米孔，并且观察到温度下降。”

所演示的离子制冷可用于微流体系统的冷却——用于移动、混合或研究极少量液体的装置。这种系统在从微电子到纳米医学的许多学科中都很重要。

此外，这些发现可能有助于进一步了解离子通道，离子通道在细胞的精细平衡机制中发挥着至关重要的作用。这种洞察力可能是理解功能和疾病以及设计治疗方法的关键。

该研究的资深作者河井友二(TomojiKawai)表示：“我们对我们的发现的潜在影响的广泛性感到兴奋。”“纳米孔材料有很大的定制空间来调节冷却。此外，可以创建纳米孔阵列来放大效果。”

这些发现可以增强的领域确实相当多，并延伸到使用温度梯度来产生电势。这可以应用于温度传感或蓝色能量收集。