Фононам нашлось применение в опреснении воды

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.