Les voitures avancent lentement dans les embouteillages, mais des molécules, lorsqu'il est coincé, peut se déplacer extrêmement vite.

Une nouvelle recherche menée par des chercheurs de la Northwestern University révèle que les molécules d'eau voyageant à travers de minuscules tuyaux en nanotubes de carbone ne s'écoulent pas de manière continue mais plutôt par intermittence. comme le trafic stop-and-go, avec des résultats inattendus.

"Les précédentes simulations de dynamique moléculaire suggéraient que les molécules d'eau traversant les nanotubes de carbone sont régulièrement espacées et se déplacent au même rythme les unes avec les autres, " dit Seth Lichter, professeur de génie mécanique à la McCormick School of Engineering and Applied Science de Northwestern. "Mais notre modèle montre qu'ils se déplacent en fait par intermittence, permettant des débits étonnamment élevés de 10 milliards de molécules par seconde ou plus."

La recherche est décrite dans un article du choix de l'éditeur, "Les solitons transportent l'eau à travers des nanotubes de carbone étroits, " publié le 27 janvier dans la revue Lettres d'examen physique .

Les résultats pourraient résoudre un dilemme qui déconcerte les experts en dynamique des fluides depuis des années. En 2005, les chercheurs - travaillant en supposant que les molécules d'eau se déplacent à travers des canaux dans un flux constant - ont fait une découverte surprenante :l'eau dans les nanotubes de carbone a parcouru 10, 000 fois plus rapide que prévu.

Le phénomène a été attribué à une prétendue douceur de la surface des nanotubes de carbone, mais une enquête plus approfondie a révélé le rôle contre-intuitif de leur intérieur intrinsèquement rugueux.

Lichter et le chercheur post-doctoral Thomas Sisan ont réalisé de nouvelles simulations avec une plus grande résolution temporelle, révélant des variations localisées de la répartition de l'eau le long du nanotube. Les variations se produisent lorsque les molécules d'eau ne s'alignent pas parfaitement avec l'espacement entre les atomes de carbone, créant des régions dans lesquelles les molécules d'eau sont instables et se propagent donc extrêmement facilement et rapidement à travers le nanotube.

Les nanocanaux sont présents dans toutes nos cellules, où ils régulent le flux de fluide à travers les membranes cellulaires. Ils ont également des applications industrielles prometteuses pour le dessalement de l'eau. L'utilisation des principes de dynamique des fluides nouvellement découverts pourrait permettre d'autres applications telles que les séparations chimiques, batteries alimentées par des nanotubes de carbone, et la fabrication de points quantiques, nanocristaux avec des applications potentielles en électronique.