Niet alle nanoporiën zijn gelijk gemaakt. Voor starters, hun diameters variëren tussen 1 en 10 nanometer (nm).

De kleinste van deze nanoporiën, genaamd Single Digit Nanopores (SDN's), hebben een diameter van minder dan 10 nm en zijn pas recentelijk gebruikt in experimenten voor precisietransportmetingen.

Een team van wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en collega's van zeven andere instellingen, geleid door het Massachusetts Institute of Technology (MIT), hebben recente SDN-experimenten beoordeeld en kritieke hiaten geïdentificeerd in het begrijpen van hydrodynamica op nanoschaal, moleculair zeven, vloeistofstructuur en thermodynamica.

Het team zei dat een beter begrip van transport op nanoschaal kan leiden tot innovatieve technologieën zoals nieuwe membranen voor waterzuivering, nieuwe gasdoorlatende materialen en energieopslagapparaten.

"Als we deze lacunes kunnen opvullen, we kunnen nieuwe mechanismen van moleculair en ionisch transport op nanoschaal ontdekken die van toepassing kunnen zijn op een groot aantal nieuwe technologieën, " zei LLNL materiaalwetenschapper Tuan Anh Pham, co-auteur van het artikel in The Journal of Physical Chemistry .

SDN's kunnen worden afgestemd op het efficiënt zeven van ionen uit zeewater en dienen als membranen voor ontzilting van zeewater; onderscheid maken tussen polaire en niet-polaire vloeistoffen; protonentransport in brandstofceltoepassingen verbeteren; en elektriciteit opwekken uit osmotische energiewinning.

"Een dieper begrip van watertransport door SDN's kan ons in staat stellen robuuste synthetische analogen van transmembraaneiwitten te bouwen, zoals aquaporines, voor waterbehandelingstoepassingen, " zei LLNL materiaalwetenschapper Aleksandr Noy, een andere co-auteur van het artikel.

Het team analyseerde zeven kennishiaten in het begrip van gedrag op nanoschaal. Bijvoorbeeld, wetenschappers hebben een contra-intuïtieve verbetering van de slip-flow gezien in nanoporiën, waarin de smalste nanoporiën de hoogste massatransportsnelheden vertonen. Andere opmerkelijke kennislacunes zijn onder meer vloeistoffasegrenzen in SDN's die vervormd zijn ten opzichte van hun bulkvloeistof-tegenhangers, en niet-lineair, correlatieve effecten in ionentransport door SDN's die niet worden waargenomen in nanoporiën met grotere diameter.

"We verwachten dat de studie van moleculair en ionisch transport onder extreme opsluiting de grenzen van vloeistofmechanica op grote schaal zal testen, kansen bieden voor de verkenning van nieuwe synthetische en spectroscopische technieken en ons begrip van transport op moleculaire interfaces informeren, " zei Eric Schwegler, LLNL directeur van gesponsorde wetenschap en een co-auteur van de recensie.