(Phys.org) — Des chercheurs de l'Université de technologie de Swinburne ont révélé une méthode révolutionnaire de pompage de fluide à l'échelle nanométrique qui pourrait être utilisée pour le dessalement de l'eau et les appareils de laboratoire sur puce.
Ils ont développé un simple, modèle très précis pour prédire le mouvement des fluides pour les fluides très confinés et pour ensuite utiliser ces connaissances pour piloter l'écoulement sans pompage mécanique ni utilisation d'électrodes.
"La modélisation conventionnelle de la dynamique des fluides fonctionne parfaitement avec des choses que nous pouvons voir comme le flux d'air au-dessus d'un avion, " a déclaré le professeur Billy Todd de Swinburne.
"Mais lorsque les appareils atteignent la taille du nanomètre ou 1 milliardième de mètre - environ un dix millième du diamètre d'un cheveu humain - les hypothèses fondamentales de la mécanique des fluides s'effondrent. Il est difficile de forcer le fluide à s'écouler dans des dimensions confinées qui sont juste quelques atomes d'épaisseur."
Le professeur Todd est directeur du département de mathématiques de la faculté des sciences, de l'ingénierie et de la technologie à Swinburne. Avec des collègues de Swinburne, RMIT et Roskilde University au Danemark, il a appliqué des idées de mathématiques et de physique, et utilisé des superordinateurs pour observer ce qui se passe à l'interface entre la surface solide et le fluide à des dimensions nanométriques.
"Il y a plusieurs années, des chercheurs en France et en Allemagne ont développé une théorie selon laquelle un champ électrique rotatif pourrait induire la rotation des molécules d'eau et que ce mouvement de rotation pourrait être converti en un mouvement de fluide linéaire en continu, " dit le professeur Todd.
"Si la symétrie des murs de confinement pouvait être brisée de telle sorte qu'un mur soit hydrophile et attire l'eau, tandis que l'autre était hydrophobe et repoussait l'eau, puis mathématiquement, il a été démontré que l'eau pouvait s'écouler dans une seule direction, à savoir le long du canal."
L'équipe du professeur Todd a développé cette théorie et réalisé les premières simulations informatiques de dynamique moléculaire pour démontrer cet effet, imitant l'eau nanoconfinée sous l'application d'un champ micro-ondes tournant.
Ce qu'ils ont découvert, c'est que l'utilisation de micro-ondes à polarisation circulaire pouvait entraîner un flux substantiel à l'échelle nanométrique sans chauffer de manière significative l'eau.
"Le flux peut être maintenu lorsque le fluide est hors d'équilibre par un champ électrique rotatif uniforme externe et confiné entre deux surfaces planes avec différents degrés d'hydrophobie, ouvrant ainsi une toute nouvelle façon de pomper et de contrôler un écoulement de fluide confiné à des dimensions à l'échelle nano ou micrométrique, " dit le professeur Todd.
Il a déclaré que cette découverte avait une application potentielle pour le dessalement de l'eau ainsi que pour les outils de diagnostic biotechnologique tels que les dispositifs de laboratoire sur puce.
Cette recherche a été publiée récemment dans Langmuir . Le professeur Todd est maintenant à la recherche d'un partenaire expérimental pour vérifier ce modèle en laboratoire.
