Bilar rör sig långsamt framåt i bilköer, men molekyler, när det fastnat, kan röra sig extremt snabbt.
Ny forskning från Northwestern University forskare finner att vattenmolekyler som färdas genom små kolnanorörsrör inte flödar kontinuerligt utan snarare intermittent, som stop-and-go-trafik, med oväntade resultat.
"Tidigare simuleringar av molekylär dynamik antydde att vattenmolekyler som strömmar genom kolnanorör är jämnt fördelade och rör sig i låsta steg med varandra, " sa Seth Lichter, professor i maskinteknik vid Northwesterns McCormick School of Engineering and Applied Science. "Men vår modell visar att de faktiskt rör sig intermittent, möjliggör förvånansvärt höga flödeshastigheter på 10 miljarder molekyler per sekund eller mer."
Forskningen beskrivs i en Editor's Choice-tidning, "Solitons transporterar vatten genom smala kolnanorör, " publicerad 27 januari i tidskriften Fysiska granskningsbrev .
Resultaten kan lösa ett problem som har förbryllat vätskedynamikexperter i flera år. Under 2005, forskare - som arbetar under antagandet att vattenmolekyler rör sig genom kanaler i en konstant ström - gjorde en överraskande upptäckt:vatten i kolnanorör färdades 10, 000 gånger snabbare än förutspått.
Fenomenet tillskrevs en förmodad jämnhet av kolnanorörens yta, men ytterligare undersökningar avslöjade den kontraintuitiva rollen av deras inneboende grova interiör.
Lichter och post-doktorn Thomas Sisan utförde nya simuleringar med större tidsupplösning, avslöjar lokala variationer i fördelningen av vatten längs nanoröret. Variationerna uppstår där vattenmolekylerna inte stämmer överens med avståndet mellan kolatomer - skapar regioner där vattenmolekylerna är instabila och så fortplantar sig oerhört lätt och snabbt genom nanoröret.
Nanokanaler finns i alla våra celler, där de reglerar vätskeflödet över cellmembranen. De har också lovande industriella tillämpningar för avsaltning av vatten. Genom att använda de nyupptäckta vätskedynamikprinciperna kan andra tillämpningar som kemisk separation, kolnanorörsdrivna batterier, och tillverkningen av kvantprickar, nanokristaller med potentiella tillämpningar inom elektronik.
