(Phys.org) — I ricercatori della Swinburne University of Technology hanno rivelato un metodo rivoluzionario per pompare fluidi a livello di nanoscala che ha un potenziale utilizzo per la desalinizzazione dell'acqua e dispositivi lab-on-a-chip.
Hanno sviluppato un semplice, modello altamente accurato per prevedere il movimento del fluido per fluidi altamente confinati e quindi utilizzare questa conoscenza per guidare il flusso senza pompaggio meccanico o l'uso di elettrodi.
"La modellazione fluidodinamica convenzionale funziona perfettamente con le cose che possiamo vedere come il flusso d'aria su un aereo, "Ha detto il professor Billy Todd di Swinburne.
"Ma quando i dispositivi raggiungono dimensioni nanometriche o 1 miliardesimo di metro - circa un decimillesimo del diametro di un capello umano - i presupposti fondamentali della meccanica dei fluidi si rompono. È difficile costringere il fluido a fluire in dimensioni confinate che sono appena pochi atomi di spessore."
Il professor Todd è presidente del Dipartimento di Matematica presso la Facoltà di Scienze, Ingegneria e Tecnologia a Swinburne. Insieme ai colleghi di Swinburne, RMIT e Roskilde University in Danimarca, ha applicato idee dalla matematica e dalla fisica, e ha utilizzato supercomputer per osservare cosa accade all'interfaccia tra la superficie solida e il fluido a dimensioni nanometriche.
"Diversi anni fa, ricercatori in Francia e Germania hanno sviluppato una teoria secondo cui un campo elettrico rotante potrebbe indurre le molecole d'acqua a ruotare e che questo movimento di rotazione potrebbe essere convertito in un movimento fluido in movimento lineare, "Ha detto il professor Todd.
"Se la simmetria delle pareti di confine potesse essere rotta in modo tale che una parete fosse idrofila e attraesse l'acqua, mentre l'altro era idrofobo e respingeva l'acqua, poi matematicamente si dimostrò che si poteva far scorrere l'acqua in una sola direzione, vale a dire lungo il canale."
Il team del professor Todd ha ulteriormente sviluppato quella teoria ed eseguito le prime simulazioni al computer di dinamica molecolare per dimostrare questo effetto, imitando l'acqua nanoconfinata sotto l'applicazione di un campo di microonde rotante.
Quello che hanno scoperto è che l'uso di microonde polarizzate circolarmente potrebbe guidare un flusso sostanziale su scala nanometrica senza riscaldare significativamente l'acqua.
"Il flusso può essere sostenuto quando il fluido è portato fuori equilibrio da un campo elettrico rotante uniforme esterno e confinato tra due superfici piane con diversi gradi di idrofobicità, aprendo così un modo completamente nuovo di pompare e controllare il flusso di fluido limitato a dimensioni nanometriche o micrometriche, "Ha detto il professor Todd.
Ha affermato che questa scoperta ha potenziali applicazioni per la desalinizzazione dell'acqua e per strumenti diagnostici biotecnologici come i dispositivi lab-on-a-chip.
Questa ricerca è stata recentemente pubblicata in Langmuir . Il professor Todd sta ora cercando un partner sperimentale per verificare questo modello in laboratorio.
