Non tutti i nanopori sono uguali. Per i principianti, i loro diametri variano tra 1 e 10 nanometri (nm).

Il più piccolo di questi nanopori, chiamati nanopori a cifra singola (SDN), hanno diametri inferiori a 10 nm e solo recentemente sono stati utilizzati in esperimenti per misure di trasporto di precisione.

Un team di scienziati e colleghi del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) di altre sette istituzioni, guidato dal Massachusetts Institute of Technology (MIT), hanno esaminato recenti esperimenti SDN e identificato lacune critiche nella comprensione dell'idrodinamica su nanoscala, setacciatura molecolare, struttura fluidica e termodinamica.

Il team ha affermato che una migliore comprensione del trasporto su scala nanometrica può portare a tecnologie innovative come nuove membrane per la purificazione dell'acqua, nuovi materiali permeabili al gas e dispositivi di accumulo di energia.

"Se possiamo colmare queste lacune, possiamo scoprire nuovi meccanismi di trasporto molecolare e ionico su scala nanometrica che possono essere applicati a una serie di nuove tecnologie, " ha detto lo scienziato dei materiali LLNL Tuan Anh Pham, coautore dell'articolo apparso su The Giornale di chimica fisica .

Gli SDN possono essere adattati per setacciare gli ioni in modo efficiente dall'acqua di mare e fungere da membrane per la desalinizzazione dell'acqua di mare; dierenziare tra fluidi polari e non polari; potenziare il trasporto di protoni nelle applicazioni delle celle a combustibile; e generare elettricità dalla raccolta di energia osmotica.

"Una comprensione più profonda del trasporto dell'acqua attraverso gli SDN potrebbe consentirci di costruire robusti analoghi sintetici delle proteine ​​transmembrana, come acquaporine, per applicazioni di trattamento delle acque, " ha detto lo scienziato dei materiali LLNL Aleksandr Noy, un altro coautore dell'articolo.

Il team ha analizzato sette lacune di conoscenza nella comprensione del comportamento su nanoscala. Per esempio, gli scienziati hanno visto un miglioramento controintuitivo del flusso di scorrimento nei nanopori, in cui i nanopori più stretti mostrano i più alti tassi di trasporto di massa. Altre notevoli lacune nella conoscenza includono i confini della fase fluida negli SDN che sono distorti rispetto alle loro controparti fluide sfuse, e non lineare, effetti correlativi nel trasporto di ioni attraverso SDN che non si osservano in nanopori di diametro maggiore.

"Ci aspettiamo che lo studio del trasporto molecolare e ionico in condizioni di confinamento estremo metterà alla prova i limiti della meccanica dei fluidi su larga scala, fornire opportunità per l'esplorazione di nuove tecniche sintetiche e spettroscopiche e informare la nostra comprensione del trasporto alle interfacce molecolari, " ha detto Eric Schwegler, Direttore LLNL della scienza sponsorizzata e coautore della revisione.