På nanoskalaen, partikler flyder på uventede måder

Forskere, der studerede, hvordan væsker bevæger sig gennem kanaler på nanoskala, blev overraskede over at opdage, at væskerne ikke flyder lige godt i alle retninger. I modsætning til adfærden i makroverdenen, forskerne opdagede, at methylalkohol, når det blev placeret i et netværk af nanoskala kanaler i et mineral kendt som en zeolit, diffus 1, 000 gange hurtigere i én retning end en anden. Dette er det første kendte bevis på en så meget ulige diffusion af molekyler i et nanoporøst materiale. Denne meget skæve strømning opstod på trods af, at diametrene på de respektive kanaler er ret ens. I mineralet, to typer kanaler i nanoskala er til stede:8-ringe og 10-ringe kanaler. Tallene refererer til den relative størrelse af porerne i materialet, selvom de er ekstremt tætte i størrelse med kun subtile forskelle i geometri. Methylalkoholmolekylerne blev oprindeligt opbevaret inde i en optisk celle.

I begyndelsen af ​​eksperimentet, trykket i den omgivende atmosfære øges øjeblikkeligt og holdes konstant i resten af ​​eksperimentet. Methanolmolekylerne kommer så frivilligt ind i zeolitten, da de naturligt foretrækker at være i zeolitten end i gasfasen. En gang inde i mineralet, forskerne målte partikelkoncentrationen på forskellige punkter langs porerne. Fra disse profiler, de var i stand til at beregne partikelfluxen (antal partikler, der krydser et bestemt område på en vis tid) og observerede den stærkt forspændte strømning.

Tidligere forskning rapporterede, at diffusiviteten af ​​et gæstemolekyle inde i et porenetværk er ekstremt følsomt over for forholdet mellem porevinduet og molekylets diameter, især hvis begge mængder er tæt på hinanden, som det var tilfældet med zeolitkanalerne og methylalkoholatomerne. Forskerne i denne undersøgelse spekulerer i, at da 8-rings vinduet er lidt mindre end 10-rings vinduet, en mindre diffusivitet (og derfor en mindre flux) kan forventes. En anden årsag kan være den forskellige poregeometri (lige i tilfældet med 10-ringskanalerne versus vinduer og hulrum i 8-ringskanalerne).

Præsenteret i AIP'erne Journal of Chemical Physics , denne tilsyneladende kontraintuitive opdagelse har vidtrækkende implikationer for forståelsen, udvikling, og udnyttelse af nye mikroskopiske materialer, herunder nanorør og "intelligente" cellemembraner til målrettet medicinafgivelse, hvis funktionalitet er baseret på en ekstrem retningsafhængighed af molekylære mobiliteter.