Förflyttning av vätskor genom små kapillärer och kanaler är avgörande för processer som sträcker sig från blodflödet genom hjärnan till kraftgenerering och elektroniska kylsystem, men den rörelsen stannar ofta när kanalen är mindre än 10 nanometer.

Forskare ledda av en ingenjör vid University of Houston har rapporterat en ny förståelse av processen och varför vissa vätskor stagnerar i dessa små kanaler, samt ett nytt sätt att stimulera vätskeflödet genom att använda en liten ökning av temperatur eller spänning för att främja mass- och jontransport.

Arbetet, publiceras i ACS applicerade nanomaterial , utforskar vätskors rörelse med lägre ytspänning, som gör att bindningarna mellan molekyler bryts isär när de tvingas in i smala kanaler, stoppa processen med vätsketransport, känd som kapillärtransport. Forskningen fanns också med på tidskriftens omslag.

Hadi Ghasemi, Cullen docent i maskinteknik vid UH och motsvarande författare för uppsatsen, sa att denna kapillärkraft driver vätskeflödet i små kanaler och är den kritiska mekanismen för masstransport i naturen och tekniken – det vill säga, i situationer som sträcker sig från blodflödet i den mänskliga hjärnan till förflyttning av vatten och näringsämnen från jord till växtrötter och blad, såväl som i industriella processer.

Men skillnader i ytspänningen hos vissa vätskor orsakar uppsugningsprocessen – och därför vätskans rörelse – att stoppa när dessa kanaler är mindre än 10 nanometer, han sa. Forskarna rapporterade att det är möjligt att framkalla fortsatt flöde genom att manipulera ytspänningen genom små stimuli, som att höja temperaturen eller använda en liten mängd spänning.

Ghasemi sa att en höjning av temperaturen ens något kan aktivera rörelse genom att ändra ytspänningen, som de kallade "nanogates". Beroende på vätskan, att höja temperaturen mellan 2 grader Celsius och 3 grader C räcker för att mobilisera vätskan.

"Ytspänningen kan ändras genom olika variabler, " sa han. "Det enklaste är temperaturen. Om du ändrar temperaturen på vätskan, du kan aktivera detta vätskeflöde igen." Processen kan finjusteras för att flytta vätskan, eller bara specifika joner inom den, erbjuder ett löfte om mer sofistikerat arbete i nanoskala.

"Nanogaterna för ytspänning lovar plattformar för att styra funktionaliteten i nanoskala för ett brett spektrum av system, och tillämpningar kan förutses i läkemedelsleverans, energiomvandling, kraftproduktion, avsaltning av havsvatten, och jonisk separation, " skrev forskarna.