Τι είναι τα Νανορευστικά;

Η νανορευστική είναι η επιστημονική μελέτη της κίνησης των ρευστών σε πολύ μικρές αποστάσεις. Τα υγρά μπορούν να ρέουν μέσα από μικροσκοπικούς σωλήνες ή πόρους που μπορεί να φράξουν εάν ακόμη και μεγάλα μόρια παρεμποδίσουν. Η απόσταση στην οποία διαχωρίζονται τα φορτία ηλεκτρονίων, που ονομάζεται μήκος Debye, μπορεί να είναι παρόμοια με τις διαστάσεις ενός τόσο μικρού σωλήνα. Επομένως, όταν περιορίζονται σε μικρούς χώρους πλάτους μερικών νανόμετρων, οι φυσικές ιδιότητες των περισσότερων ρευστών αλλάζουν. Η επιστημονική πρόοδος έχει επιτρέψει στους ερευνητές να ελέγχουν τη δραστηριότητα των ρευστών σε δομές όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα, ακόμη και να κατασκευάζουν μικροσκοπικές συσκευές σε εφαρμογές νανοτεχνολογίας.

Όταν ηλεκτρίζουν μια επιφάνεια νανοκλίμακας, οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν ένα ηλεκτρικό διπλό στρώμα σε μια μικρή τρύπα ή δίοδο. Το στρώμα μπορεί να εκτείνεται σε όλο το πλάτος αυτού του χώρου, το οποίο συνήθως αλλάζει τις ιδιότητες ενός ρευστού σε σύγκριση με το πώς δρα σε μεγαλύτερους όγκους. Τα φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται ιόντα χρησιμοποιούνται μερικές φορές για τον έλεγχο της κατεύθυνσης ενός υγρού, ειδικά όταν το φορτίο των σωματιδίων είναι αντίθετο από αυτό του τοιχώματος των πόρων.

Μια άλλη ιδιότητα που μελετάται στα νανορευστικά είναι η υδροδυναμική ακτίνα, η οποία τυπικά χαρακτηρίζει την αλληλεπίδραση μεγάλων μορίων ή πολυμερών σε σχέση με τις ιδιότητες νανοκλίμακας ενός υγρού διαλύματος. Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) είναι ένα σχετικά μεγάλο μόριο που μεταφέρει γενετικές πληροφορίες και το οποίο συχνά υφίσταται χειρισμό στη βιολογία. Μαζί με μεγάλα πολυμερή, μπορεί να τυλίγεται σε σχήμα που μπορεί να μπλοκάρει ένα μικρό κανάλι. Οι ερευνητές μερικές φορές προσθέτουν υλικά και επιστρώσεις σε δομές νανορευστών που μπορούν να αποτρέψουν τέτοιου είδους μπλοκαρίσματα.

Οι ερευνητές στα νανορευστικά μπορούν επίσης να ελέγξουν το πάχος της μεμβράνης, καθώς και το μέγεθος και την απόσταση των πόρων, ειδικά στο αλουμίνιο. Η θερμοκρασία, η τάση και η εφαρμογή οξέος για ορισμένες χρονικές περιόδους γενικά βοηθούν στην επεξεργασία συγκεκριμένων υλικών. Οι επιστήμονες μπορούν στη συνέχεια να τα χρησιμοποιήσουν για να μελετήσουν πώς αντιδρούν διαφορετικά υγρά μέσα. Ιδιότητες υγρού όπως η ταχύτητα, η επιφανειακή τάση και η γωνία που ένα ρευστό τείνει να έρθει σε επαφή με μια επιφάνεια νανοκλίμακας μελετώνται συχνά.

Μια τεχνική εκτύπωσης που ονομάζεται φωτολιθογραφία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή δομών που χρησιμοποιούνται στα νανορευστικά. Μεμονωμένα κανάλια ή σειρές από αυτά μπορούν να σχηματιστούν από πυρίτιο, πολυμερή, γυαλί, καθώς και άλλα τεχνητά σωληνωτά υλικά. Οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τις ιδιότητες ενός υγρού για να ελέγξουν την κίνησή του, με τρόπο που να υποστηρίζει έναν τύπο μεταγωγής για ψηφιακά συστήματα. Τα νανορευστικά εφαρμόζονται επίσης στην κατασκευή μικρών τρανζίστορ, οπτικών συστοιχιών και ιατρικών διαγνωστικών συστημάτων που βασίζονται σε μικροτσίπ. Η αλληλεπίδραση υγρού στα νανορευστικά κυκλώματα μπορεί να ενσωματωθεί σε χειριστήρια για συστήματα φιλτραρίσματος νερού και αποθήκευσης ενέργειας.