Tous les nanopores ne sont pas créés égaux. Pour commencer, leurs diamètres varient entre 1 et 10 nanomètres (nm).

Le plus petit de ces nanopores, appelés Nanopores à un Chiffre (SDN), ont des diamètres inférieurs à 10 nm et n'ont été utilisés que récemment dans des expériences pour des mesures de transport de précision.

Une équipe de scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et de collègues de sept autres institutions, dirigé par le Massachusetts Institute of Technology (MIT), ont examiné des expériences SDN récentes et identifié des lacunes critiques dans la compréhension de l'hydrodynamique à l'échelle nanométrique, tamisage moléculaire, structure fluidique et thermodynamique.

L'équipe a déclaré qu'une meilleure compréhension du transport à l'échelle nanométrique peut conduire à des technologies innovantes telles que de nouvelles membranes pour la purification de l'eau, nouveaux matériaux perméables aux gaz et dispositifs de stockage d'énergie.

« Si nous pouvons combler ces lacunes, nous pouvons découvrir de nouveaux mécanismes de transport moléculaire et ionique à l'échelle nanométrique qui peuvent s'appliquer à une multitude de nouvelles technologies, " a déclaré le scientifique des matériaux LLNL Tuan Anh Pham, co-auteur de l'article paru dans The Journal de chimie physique .

Les SDN peuvent être adaptés pour tamiser ecacement les ions de l'eau de mer et servir de membranes pour le dessalement de l'eau de mer; faire la différence entre les fluides polaires et non polaires ; améliorer le transport de protons dans les applications de piles à combustible ; et produire de l'électricité à partir de la récupération d'énergie osmotique.

"Une compréhension plus approfondie du transport de l'eau à travers les SDN peut nous permettre de construire des analogues synthétiques robustes de protéines transmembranaires, comme les aquaporines, pour les applications de traitement de l'eau, " a déclaré le scientifique des matériaux LLNL Aleksandr Noy, un autre co-auteur de l'article.

L'équipe a analysé sept lacunes dans la compréhension du comportement à l'échelle nanométrique. Par exemple, les scientifiques ont observé une amélioration contre-intuitive du glissement dans les nanopores, dans lequel les nanopores les plus étroits présentent les taux de transport de masse les plus élevés. D'autres lacunes notables dans les connaissances incluent les limites de phase fluide dans les SDN qui sont déformées par rapport à leurs homologues fluides en vrac, et non linéaire, effets corrélatifs dans le transport des ions à travers les SDN qui ne sont pas observés dans les nanopores de plus grand diamètre.

"Nous nous attendons à ce que l'étude du transport moléculaire et ionique sous un confinement extrême teste les limites de la mécanique des fluides à grande échelle, offrir des opportunités pour l'exploration de nouvelles techniques synthétiques et spectroscopiques et éclairer notre compréhension du transport aux interfaces moléculaires, " a déclaré Eric Schwegler, LLNL directeur de la science parrainée et co-auteur de la revue.