ایجاد سامانه‌های خنک‌سازی با استفاده از نانوحفره‌ها

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، در مقاله‌ای که گروهی از محققان ژاپنی با عنوان «Peltier cooling for thermal management in «nanofluidic devices در نشریه Device به چاپ رساندند، به مدیریت حرارتی در یک دستگاه نانوسیال پرداختند که در آن از نانوحفره استفاده شده است. این گروه تحقیقاتی از دانشگاه اوزاکا نشان دادند که با این یافته‌های جدید می‌توان به سیستم‌های خنک‌سازی کاراتر رسید.

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که آب در یک کتری برقی چگونه می‌جوشد؟ اکثر مردم ممکن است فکر کنند که الکتریسیته به سادگی سیم پیچ فلزی داخل کتری را گرم می‌کند و سپس گرما به آب منتقل می‌شود؛ اما برق می‌تواند بیش از این نقش داشته باشد.

هنگامی که الکتریسیته باعث ایجاد یون در محلول می‌شود، گرما تولید می‌شود. وقتی همه یون‌ها و مولکول‌های اطراف بتوانند آزادانه حرکت کنند، این اثر گرمایی در کل محلول یکسان می‌شود. محققان ژاپنی در این پروژه به بررسی این موضوع پرداخته‌اند که وقتی این جریان در یک جهت مسدود شود چه اتفاقی می‌افتد؟ در واقع اگر نگذاریم همه یون‌ها در همه جا حرکت کنند چه اتفاقی رخ می‌دهد.

به طور کلی، در استفاده از الکتریسیته برای هدایت یون‌ها در محلول‌ها، یون‌های دارای بار مثبت و یون‌های دارای بار منفی هر یک به جهت مخالف کشیده می‌شوند. بنابراین، انرژی گرمایی که توسط یون ها حمل می‌شود به هر دو طرف حرکت می‌کند.

اگر مسیر یون‌ها توسط غشایی که فقط یک نانوحفره دارد، مسدود شود، کنترل جریان ممکن می‌شود. به عنوان مثال، اگر سطح منافذ دارای بار منفی باشد، یون‌های منفی می‌توانند به جای عبور از آن با آن تعامل داشته باشند و فقط یون‌های مثبت جریان می‌یابند و انرژی خود را با خود می‌برند.

ماکوسو سوتسوی سرپرست این تیم تحقیق، توضیح می‌دهد: در غلظت‌های بالای یون، با افزایش توان الکتریکی افزایش دما گزارش شد. با این حال، در غلظت‌های پایین، یون‌های منفی موجود با دیواره نانوحفره‌ای با بار منفی برهمکنش داشتند. بنابراین، تنها یون‌های دارای بار مثبت از نانوحفره عبور کردند و کاهش دما مشاهده شد.

تبرید یونی که نشان داده شد می‌تواند برای خنک‌سازی در سیستم‌های میکروسیال مورد استفاده قرار گیرد. چنین سیستم‌هایی در بسیاری از رشته‌ها از میکروالکترونیک گرفته تا نانوپزشکی مهم هستند.

علاوه بر این، این یافته‌ها می‌تواند به درک بیشتر کانال‌های یونی کمک کند، که نقش مهمی در سلول‌ها ایفا می‌کنند. چنین بینشی می‌تواند کلید درک بیماری و همچنین طراحی روش‌های درمان باشد.

توموجی کاوای، نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید:ما از گستردگی تأثیر بالقوه یافته‌های خود هیجان‌زده هستیم. زمینه قابل توجهی برای مواد نانوحفره‌ای وجود دارد که باید برای تنظیم خنک‌کننده طراحی شوند. علاوه بر این، آرایه‌هایی از نانوحفره‌ها می‌توانند برای تقویت این اثر ایجاد شوند.