Auto's schuiven langzaam vooruit in files, maar moleculen, wanneer vastgelopen, extreem snel kan bewegen.

Uit nieuw onderzoek van onderzoekers van de Northwestern University blijkt dat watermoleculen die door kleine koolstofnanobuisjes reizen niet continu maar met tussenpozen stromen. zoals stop-and-go-verkeer, met onverwachte resultaten.

"Eerdere moleculaire dynamica-simulaties suggereerden dat watermoleculen die door koolstofnanobuisjes stromen, gelijkmatig verdeeld zijn en in de pas lopen met elkaar, " zei Seth Lichter, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de McCormick School of Engineering and Applied Science in Northwestern. "Maar ons model laat zien dat ze met tussenpozen bewegen, waardoor verrassend hoge stroomsnelheden van 10 miljard moleculen per seconde of meer mogelijk zijn."

Het onderzoek wordt beschreven in een Editor's Choice paper, "Solitons transporteren water door smalle koolstofnanobuisjes, " gepubliceerd op 27 januari in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

De bevindingen kunnen een dilemma oplossen dat experts op het gebied van vloeistofdynamica al jaren verbijstert. In 2005, onderzoekers - die ervan uitgingen dat watermoleculen in een constante stroom door kanalen bewegen - deden een verrassende ontdekking:water in koolstofnanobuisjes reisde 10, 000 keer sneller dan voorspeld.

Het fenomeen werd toegeschreven aan een veronderstelde gladheid van het oppervlak van de koolstofnanobuisjes, maar verder onderzoek onthulde de contra-intuïtieve rol van hun inherent ruwe interieur.

Lichter en postdoctoraal onderzoeker Thomas Sisan voerden nieuwe simulaties uit met een grotere tijdsresolutie, onthullende gelokaliseerde variaties in de verdeling van water langs de nanobuis. De variaties doen zich voor waar de watermoleculen niet perfect op één lijn liggen met de afstand tussen koolstofatomen, waardoor gebieden ontstaan ​​waarin de watermoleculen onstabiel zijn en zich dus buitengewoon gemakkelijk en snel door de nanobuis voortplanten.

Nanokanalen zijn te vinden in al onze cellen, waar ze de vloeistofstroom door celmembranen reguleren. Ze hebben ook veelbelovende industriële toepassingen voor het ontzilten van water. Het gebruik van de nieuw ontdekte vloeistofdynamicaprincipes zou andere toepassingen mogelijk kunnen maken, zoals chemische scheidingen, koolstof nanobuis-aangedreven batterijen, en de fabricage van kwantumstippen, nanokristallen met mogelijke toepassingen in de elektronica.