De vasculaire circulatie van planten, ionkanalen, ons eigen lymfatische netwerk en veel systemen voor het oogsten van energie zijn afhankelijk van het transport van opgeloste zoutoplossingen door kronkelige leidingen. Deze oplossingen, of elektrolyten, behouden een positieve of negatieve lading die essentieel is voor de werking van het systeem. Dit ladingsevenwicht is echter afhankelijk van de eigenschappen van het kanaal dat de vloeistof bevat.

In een studie gepubliceerd in The European Physical Journal E Paolo Malgaretti, van het Helmholtz Instituut Erlangen-Nürnberg voor Hernieuwbare Energie/Forschungszentrum Jülich, Duitsland, en zijn collega's, leiden nu vergelijkingen af ​​die beschrijven hoe de lokale elektrische lading in elektrolyten verandert in kanalen met verschillende dwarsdoorsneden, bij evenwicht. Het resultaat zou kunnen helpen bij het voorspellen van de routes van geladen deeltjes in biologische en technologische systemen.

Wanneer een elektrolytoplossing zich tussen twee platen bevindt, zegt de theorie dat de totale elektrische lading in de vloeistof overeen moet komen met die op de platen. Uit de observaties van Malgaretti en zijn team blijkt echter dat wanneer de platen een afstand van minder dan 10 nanometer van elkaar naderen, deze ladingsbalans uiteenvalt. Bovendien ontstaat er een nieuwe dynamiek voor elektrolyten die door asymmetrische poriën of kanalen met verschillende diameters bewegen.

Om de wisselwerking tussen de geometrie en de lokale elektrolytladingsbalans vast te leggen, voerden Malgaretti en zijn team berekeningen uit van een elektrolyt ingebed tussen gegolfde kanaalwanden. Ze ontdekten dat de lokale lading werd verbroken telkens wanneer de dwarsdoorsnede van het kanaal veranderde. De onderzoekers zeggen dat het ontstaan ​​van deze overtollige lading volledig het gevolg is van de wisselwerking tussen kanaalgeometrie en elektrostatische krachten en vergelijkbaar is met de totale lading die zich op de muren heeft opgebouwd.

De bevinding was van toepassing op zowel vlakke als cilindrische geometrieën, en op isolerende en geleidende kanaalwanden. Het zou kunnen worden gebruikt om correcties te voorspellen in de energetische routes die geladen tracerdeeltjes ervaren, die worden veroorzaakt door de lokale overtollige lading.

Meer informatie: Paolo Malgaretti et al, Lokale elektroneutraliteitsafbraak voor elektrolyten in nanoporiën met verschillende secties, The European Physical Journal E (2024). DOI:10.1140/epje/s10189-024-00408-9

Geleverd door SciencePOD