قابلیت خنک‌سازی در نانوحفره‌ها ممکن شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از سایتک‌دیلی پژوهشگران ژاپنی در مطالعه جدید خود درک علمی از مسیر ایجاد گرما توسط برق را متحول کردند.

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که آب در یک کتری برقی چگونه به جوش می‌آید؟ بیشتر مردم فکر می‌کنند که الکتریسیته سیم‌پیچ فلزی داخل کتری را گرم می‌کند و سپس گرما را به آب انتقال می‌دهد. اما کارایی برق بیش از این‌هاست. الکتریسیته با ایجاد یون در محلول، گرما تولید می‌کند و هنگامی‌که همه یون‌ها و مولکول‌های اطراف بتوانند آزادانه حرکت کنند، این اثر گرمایی در کل محلول یکسان می‌شود.

اکنون محققان ژاپنی بررسی کرده‌اند که وقتی این جریان در یک جهت مسدود شود چه اتفاقی می‌افتد.

خنک سازی از طریق فناوری نانوحفره

گروهی به رهبری پژوهشگران سانکِن (SANKEN) (مؤسسه تحقیقات علمی و صنعتی دانشگاه اوزاکای ژاپن)، نشان دادند که با استفاده از یک نانوحفره (یک سوراخ بسیار کوچک در غشاء) می‌توان  به خنک‌سازی دست یافت. این نانوحفره دروازه‌ای است که فقط به یون‌های خاص اجازه عبور می‌دهد.

به طور کلی، وجود الکتریسیته برای هدایت یون‌ها در محلول‌، یون‌های دارای بار مثبت و یون‌های دارای بار منفی را به دو جهت مخالف می‌کشد. بنابراین، انرژی گرمایی یون‌ها به هر دو طرف حرکت می‌کند.

«ماکاسو سوتسوی» (Makusu Tsutsui) سرپرست تیم تحقیق، توضیح می‌دهد: «در غلظت‌های یونی بالا، با افزایش توان الکتریکی، افزایش دما را اندازه‌گیری کردیم و در غلظت‌های پایین مشخص شد که یون‌های منفی موجود با دیواره نانوحفره‌ای با بار منفی تعامل داشتند. بنابراین، فقط یون‌های دارای بار مثبت از نانوحفره عبور کردند و کاهش دما مشاهده شد.»

درک جریان یونی و کنترل دما

اگر مسیر یو‌ن‌ها توسط غشایی که فقط یک نانوحفره از آن عبور می‌کند 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 تنها یون‌های مثبت جریان می‌یابند و انرژی خود را با خود می‌برند.

چنین سیستم‌هایی در بسیاری از رشته‌ها از میکروالکترونیک گرفته تا نانوپزشکی مهم هستند. علاوه بر این، یافته‌ها می‌تواند به درک بیشتر کانال‌های یونی کمک کند که نقش مهمی در ماشین آلات متعادل سلولی دارند. چنین بینشی می‌تواند کلید درک عملکرد و بیماری و همچنین طراحی درمان باشد.