Växtkärlcirkulation, jonkanaler, vårt eget lymfatiska nätverk och många energiinsamlingssystem är beroende av transport av lösta saltlösningar genom slingrande ledningar. Dessa lösningar, eller elektrolyter, upprätthåller en positiv eller negativ laddning som är avgörande för hur systemet fungerar. Denna laddningsbalans beror dock på egenskaperna hos kanalen som innehåller vätskan.
I en studie publicerad i The European Physical Journal E , Paolo Malgaretti, från Helmholtz-institutet Erlangen-Nürnberg för förnybar energi/Forschungszentrum Jülich, Tyskland, och hans kollegor, härleder nu ekvationer som beskriver hur lokal elektrisk laddning i elektrolyter förändras i kanaler med varierande tvärsnitt, vid jämvikt. Resultatet kan hjälpa till att förutsäga vägar för laddade partiklar i biologiska och tekniska system.
När en elektrolytlösning finns mellan två plattor, säger teorin att den totala elektriska laddningen i vätskan ska matcha den på plattorna. Men Malgaretti och hans teams observationer visar att när plattorna närmar sig en separation på mindre än 10 nanometer från varandra, bryts denna laddningsbalans. Dessutom uppstår ny dynamik för elektrolyter som rör sig genom asymmetriska porer eller kanaler med varierande diametrar.
För att fånga samspelet mellan geometri och lokal elektrolytladdningsbalans utförde Malgaretti och hans team beräkningar av en elektrolyt inbäddad mellan korrugerade kanalväggar. De fann att den lokala laddningen bröts när kanalens tvärsnitt ändrades. Forskarna säger att uppkomsten av denna överskottsladdning helt beror på samspelet mellan kanalgeometri och elektrostatiska krafter och är jämförbar med den totala laddningen som byggs upp på väggarna.
Fyndet gällde både plana och cylindriska geometrier, och isolerande och ledande kanalväggar. Den skulle kunna användas för att förutsäga korrigeringar av de energetiska vägarna som upplevs av laddade spårpartiklar, som induceras av den lokala överskottsladdningen.
Mer information: Paolo Malgaretti et al, Lokal elektroneutralitetsnedbrytning för elektrolyter inom nanoporer med varierande sektion, The European Physical Journal E (2024). DOI:10.1140/epje/s10189-024-00408-9
Tillhandahålls av SciencePOD
