Le auto avanzano lentamente negli ingorghi, ma molecole, quando bloccato, può muoversi molto velocemente.
Una nuova ricerca dei ricercatori della Northwestern University scopre che le molecole d'acqua che viaggiano attraverso minuscoli tubi di nanotubi di carbonio non scorrono continuamente ma piuttosto in modo intermittente, come il traffico stop-and-go, con risultati inaspettati.
"Precedenti simulazioni di dinamica molecolare hanno suggerito che le molecole d'acqua che scorrono attraverso i nanotubi di carbonio sono equidistanti e si muovono di pari passo l'una con l'altra, " disse Seth Lichter, professore di ingegneria meccanica presso la McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern. "Ma il nostro modello mostra che in realtà si muovono in modo intermittente, consentendo velocità di flusso sorprendentemente elevate di 10 miliardi di molecole al secondo o più".
La ricerca è descritta in un articolo di Editor's Choice, "I solitoni trasportano l'acqua attraverso nanotubi di carbonio stretti, " pubblicato il 27 gennaio sulla rivista Lettere di revisione fisica .
I risultati potrebbero risolvere un dilemma che ha sconcertato per anni gli esperti di fluidodinamica. Nel 2005, i ricercatori, partendo dal presupposto che le molecole d'acqua si muovano attraverso i canali in un flusso costante, hanno fatto una scoperta sorprendente:l'acqua nei nanotubi di carbonio ha viaggiato 10, 000 volte più veloce del previsto.
Il fenomeno è stato attribuito a una presunta levigatezza della superficie dei nanotubi di carbonio, ma ulteriori indagini hanno scoperto il ruolo controintuitivo del loro interno intrinsecamente ruvido.
Lichter e il ricercatore post-dottorato Thomas Sisan hanno eseguito nuove simulazioni con una maggiore risoluzione temporale, rivelando variazioni localizzate nella distribuzione dell'acqua lungo il nanotubo. Le variazioni si verificano quando le molecole d'acqua non si allineano perfettamente con la distanza tra gli atomi di carbonio, creando regioni in cui le molecole d'acqua sono instabili e quindi si propagano con estrema facilità e rapidità attraverso il nanotubo.
I nanocanali si trovano in tutte le nostre cellule, dove regolano il flusso del fluido attraverso le membrane cellulari. Hanno anche promettenti applicazioni industriali per la desalinizzazione dell'acqua. L'utilizzo dei principi della fluidodinamica appena scoperti potrebbe consentire altre applicazioni come separazioni chimiche, batterie alimentate a nanotubi di carbonio, e la fabbricazione di punti quantici, nanocristalli con potenziali applicazioni in elettronica.