Alla nanoporer är inte skapade lika. Till att börja, deras diametrar varierar mellan 1 och 10 nanometer (nm).

Den minsta av dessa nanoporer, kallas Single Digit Nanopores (SDNs), har diametrar på mindre än 10 nm och har först nyligen använts i experiment för precisionstransportmätningar.

Ett team av forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) och kollegor från sju andra institutioner, leds av Massachusetts Institute of Technology (MIT), har granskat de senaste SDN-experimenten och identifierat kritiska luckor i förståelsen av hydrodynamik i nanoskala, molekylär siktning, fluidstruktur och termodynamik.

Teamet sa att en bättre förståelse för transport i nanoskala kan leda till innovativa teknologier som nya membran för vattenrening, nya gasgenomsläppliga material och energilagringsanordningar.

"Om vi ​​kan fylla dessa luckor, vi kan upptäcka nya mekanismer för molekylär och jontransport i nanoskala som kan tillämpas på en mängd nya teknologier, " sa LLNL-materialforskaren Tuan Anh Pham, medförfattare till artikeln som visas i The Journal of Physical Chemistry .

SDN kan skräddarsys för att effektivt sikta joner från havsvatten och fungera som membran för avsaltning av havsvatten; skilja mellan polära och opolära vätskor; förbättra protontransporten i bränslecellstillämpningar; och generera elektricitet från osmotisk kraftutvinning.

"En djupare förståelse av vattentransport genom SDN kan göra det möjligt för oss att bygga robusta syntetiska analoger av transmembranproteiner, som akvaporiner, för vattenbehandlingsapplikationer, " sa LLNL materialforskare Aleksandr Noy, en annan medförfattare till artikeln.

Teamet analyserade sju kunskapsluckor i förståelsen av beteende i nanoskala. Till exempel, forskare har sett en kontraintuitiv förbättring av glidflödet i nanoporer, där de smalaste nanoporerna uppvisar de högsta masstransporthastigheterna. Andra anmärkningsvärda kunskapsluckor inkluderar vätskefasgränser i SDN som är förvrängda i förhållande till sina motsvarigheter för bulkvätskor, och olinjär, korrelativa effekter i jontransport genom SDN som inte observeras i nanoporer med större diameter.

"Vi förväntar oss att studiet av molekylär och jontransport under extrem instängdhet kommer att testa gränserna för bulk-skala vätskemekanik, ge möjligheter för utforskning av nya syntetiska och spektroskopiska tekniker och informera vår förståelse av transport vid molekylära gränssnitt, sa Eric Schwegler, LLNL chef för sponsrad vetenskap och medförfattare till recensionen.