Международный коллектив ученых обнаружил, что тепловые колебания углеродных нанотрубок могут существенно изменять характер того, как через них протекает вода. Новый эффект может приводить к четырехкратному усилению самодиффузии молекул воды в наноканалах, что позволит решить ряд проблем в дизайне нанофлюидных устройств. Исследование опубликовано в Nature Nanotechnology.
Авторы проводили компьютерное моделирование течения воды в двустенных углеродных нанотрубках при помощи метода молекулярной динамики. При этом измеряли трение между жидкой фазой и внутренними стенками трубок. Оказалось, что оно периодически изменяется во времени с частотой, соответствующей некоторым колебательным модам самой нанотрубки.
Подобная связка приводила к тому, что молекулы воды приобретали дополнительную движущую силу. В итоге их коэффициент самодиффузии увеличивался вплоть до 400 процентов от «нормального» значения. Это означает, что молекулы воды в такой системе проявляют гораздо большую собственную подвижность, чем ранее предсказывала теория. Это может приводить, например, к резкому повышению эффективности опреснения воды, так как диффузия ионов соли будет проходить в несколько раз быстрее, чем в обычных каналах.
Благодаря использованию краудсорсинговой платформы World Community Grid для распределенных вычислений, ученые добились условий моделировани, сравнимых с экспериментальными. Ранее еще никому не удавалось сделать этого для данной системы. По мнению авторов, их исследование позволяет глубже понять процессы, протекающие в нано-устройствах, что в итоге может привести к новым технологиям фильтрации, разделения или опреснения.
Чем отличились герои 2025 года по версии журнала Nature
По уже сложившейся традиции редакция британского журнала Nature в очередной раз подвела итоги уходящего года и выделила десятку героев уходящего года, заслуживших внимание за свои успехи в науке, здравоохранении или общественной деятельности. На этот раз редакция не обошла стороной исследователей, которые участвовали в запуске новой обсерватории в Чили, открыли глубоководные экосистемы в тихоокеанских желобах, выявили антимикробные пептиды из белкового мусора и другие достижения медиков и биологов, которые, в частности, спасли жизнь малышу Кей Джею.