你有没有想过电热水壶里的水是如何沸腾的？大多数人可能认为电只是加热电热水壶内的金属线圈，然后将热量传递到水中。 但电力的作用远不止于此。 当电流导致溶液中的离子流动时，会产生热量。 当所有离子和周围分子都可以自由移动时，这种加热效应会均匀地分布在整个溶液中。 现在，来自日本的研究人员研究了当这种流动在一个方向上被阻塞时会发生什么。
通过电荷选择性离子传输进行纳米孔冷却的示意图。 资料来源**：2023 年 Tsutsui 等人，用于纳米流体器件热管理的帕尔帖冷却，器件
日本研究人员的一项开创性研究展示了一种通过纳米孔冷却的方法，彻底改变了微流体系统的温度控制，并加深了对细胞离子通道的理解。
在最近发表在《Device》杂志上的一项研究中，由大阪大学科学与工业研究所（Sanken）的研究人员领导的一组研究人员表明，可以使用纳米孔（膜上的一个非常小的孔）作为仅允许某些离子通过的通道来实现冷却。
通常，用电驱动溶液中的离子会导致带正电的离子和带负电的离子向相反的方向移动。 因此，离子携带的热能在两个方向上流动。
如果离子的路径被只有一个纳米孔的膜阻挡，那么就可以控制离子的流动。 例如，如果孔隙的表面带负电，那么负离子将与其相互作用而不是通过，只有正离子会流动，带走它们的能量。
该研究的第一作者Makusu Tsutsui解释说："在较高的离子浓度下，我们测量温度随着电能的增加而升高。 然而，在低浓度下，可用的负离子与带负电荷的纳米孔壁相互作用。 结果，只有带正电的离子通过纳米孔，温度降低"。
所示的离子制冷可用于微流体系统中的冷却，这些微流体系统用于移动、混合或研究非常小体积的液体。 这种系统在许多学科中都非常重要，从微电子学到纳米医学。
此外，这些发现有助于更好地了解离子通道，离子通道在细胞微妙的稳态机制中起着至关重要的作用。 这种洞察力可能是理解功能和疾病以及设计方法的关键。
该研究的资深作者Tomoji Kawai说："我们对研究结果的潜在影响感到兴奋。 纳米孔材料有很大的定制空间，冷却效果可以调节。 此外，还可以创建纳米孔阵列来放大效果。 "
确实有许多领域可以加强这项研究，包括使用温度梯度来产生电动势。 这可以应用于温度传感或蓝色能量收集。
编译自：scitechdaily