你有沒有想過電熱水壺裡的水是如何沸騰的？大多數人可能認為電只是加熱電熱水壺內的金屬線圈，然後將熱量傳遞到水中。 但電力的作用遠不止於此。 當電流導致溶液中的離子流動時，會產生熱量。 當所有離子和周圍分子都可以自由移動時，這種加熱效應會均勻地分布在整個溶液中。 現在，來自日本的研究人員研究了當這種流動在乙個方向上被阻塞時會發生什麼。
通過電荷選擇性離子傳輸進行奈米孔冷卻的示意圖。 資料來源**：2023 年 Tsutsui 等人，用於奈米流體器件熱管理的帕爾帖冷卻，器件
日本研究人員的一項開創性研究展示了一種通過奈米孔冷卻的方法，徹底改變了微流體系統的溫度控制，並加深了對細胞離子通道的理解。
在最近發表在《Device》雜誌上的一項研究中，由大阪大學科學與工業研究所（Sanken）的研究人員領導的一組研究人員表明，可以使用奈米孔（膜上的乙個非常小的孔）作為僅允許某些離子通過的通道來實現冷卻。
通常，用電驅動溶液中的離子會導致帶正電的離子和帶負電的離子向相反的方向移動。 因此，離子攜帶的熱能在兩個方向上流動。
如果離子的路徑被只有乙個奈米孔的膜阻擋，那麼就可以控制離子的流動。 例如，如果孔隙的表面帶負電，那麼負離子將與其相互作用而不是通過，只有正離子會流動，帶走它們的能量。
該研究的第一作者Makusu Tsutsui解釋說："在較高的離子濃度下，我們測量溫度隨著電能的增加而公升高。 然而，在低濃度下，可用的負離子與帶負電荷的奈米孔壁相互作用。 結果，只有帶正電的離子通過奈米孔，溫度降低"。
所示的離子製冷可用於微流體系統中的冷卻，這些微流體系統用於移動、混合或研究非常小體積的液體。 這種系統在許多學科中都非常重要，從微電子學到奈米醫學。
此外，這些發現有助於更好地了解離子通道，離子通道在細胞微妙的穩態機制中起著至關重要的作用。 這種洞察力可能是理解功能和疾病以及設計方法的關鍵。
該研究的資深作者Tomoji Kawai說："我們對研究結果的潛在影響感到興奮。 奈米孔材料有很大的定製空間，冷卻效果可以調節。 此外，還可以建立奈米孔陣列來放大效果。 "
確實有許多領域可以加強這項研究，包括使用溫度梯度來產生電動勢。 這可以應用於溫度感測或藍色能量收集。
編譯自：scitechdaily