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El agua tiene un enorme potencial como fuente de energía. Por ejemplo, las centrales hidroeléctricas han sido ampliamente estudiadas como medio para aprovechar la energía cinética del agua; Sin embargo, los ecosistemas a menudo se ven perjudicados por su desarrollo, lo que limita nuestra capacidad para aprovechar el potencial de esta tecnología.
![Foto macro de gotas de lluvia en una bobinadora con refracción de luz](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40577_17024649580979304.jpg)
Fuente de la imagen: bunlee/Shutterstock.com
La interfaz agua-sólido es el secreto para generar energía y lograr una conexión agua-energía más efectiva y requiere una comprensión profunda de las estructuras interfaciales del agua y sus propiedades de interacción. Hasta ahora, este progreso se ha visto limitado principalmente por nuestro conocimiento del comportamiento del agua a nanoescala.
Confinamiento nanocapilar: Análisis de moléculas de agua a nivel atómico
El estudio del Dr. Qian Yang se centra en el confinamiento nanocapilar, una técnica reconocida por primera vez por el profesor Andre Geim en 2016.
Dr. Yang es capaz de confinar una sola capa de moléculas de agua en un capilar de material 2D, lo que proporciona información sobre la disposición y el movimiento de las moléculas de agua, su respuesta a la luz y su comportamiento en campos eléctricos.
Además, la Dra. El equipo de Yang comenzará a reconocer la estructura del agua y a determinar sus propiedades. Esto hace que la detección de moléculas individuales sea mucho más posible, lo cual es crucial para muchas aplicaciones químicas y biológicas.
Comprender la interacción única entre el agua y el grafeno
También se investigan las interacciones especiales que ocurren en la interfaz agua-grafeno entre el agua y el grafeno. En la región de la interfaz, las cargas transportadas por el grafeno interactúan con los iones en soluciones acuosas. Esto implica que se podría generar electricidad vertiendo agua sobre una superficie de grafeno y colocando electrodos a cada lado.
Dr. Yang está investigando formas de mejorar la eficiencia de este proceso para poder desarrollar materiales que capturen mejor la electricidad inducida por el flujo, ya sea de las gotas de lluvia o del agua de los ríos.
Aproveche la experiencia, el equipo y las conexiones de Manchester
Si bien investigadores de todo el mundo realizan análisis fundamentales, el Dr. Yang tiene una ventaja. Los sofisticados dispositivos nanocapilares diseñados por el profesor Geim y con sede en Manchester permiten un confinamiento atómico que es un desafío para otras universidades replicar.
Además, la Dra. Yang aprovechará el conocimiento de la comunidad de grafeno en Manchester, la comunidad de investigación e innovación más grande del mundo, el Instituto Nacional de Grafeno, la instalación de sala blanca académica más grande de Europa y una red global de colaboraciones para avanzar en el descubrimiento.
Descubrimiento líder
Debido a estas capacidades, la condensación capilar bajo limitaciones de tamaño atómico es uno de los descubrimientos de su equipo. Por ejemplo, la Dra. Yang demostró que la centenaria ecuación de Kelvin se mantiene y no se desvía como se predijo mediante el uso de una matriz de cristales bidimensionales de Van der Waals para crear capilares a escala atómica que tienen menos de cuatro angstroms de altura y pueden contener solo una monocapa de agua.
La razón de esto, según el Dr. Yang la deformación elástica de las paredes capilares. Esto inhibe el enorme comportamiento oscilatorio que se esperaría debido a la proporcionalidad entre las moléculas de agua y los capilares a escala atómica.
Este descubrimiento proporciona una base para una comprensión más profunda de los efectos capilares a la escala más pequeña posible, lo cual es importante para una variedad de escenarios del mundo real. Por ejemplo, para estimar las reservas mundiales de petróleo. Su investigación también contribuye a la comprensión de los castillos de arena, que se mantienen unidos por fuerzas capilares.
Además, ha estudiado el transporte de iones en nanocapilares bidimensionales para comprender el mecanismo de transporte de masa y transferencia de carga para posibles aplicaciones en desionización y filtración de agua.
Investiga los siguientes temas utilizando dispositivos nanocapilares combinados con un sistema de microfluidos y mediciones eléctricas precisas: (i) condensación capilar dentro de nanocavidades y transporte de iones modulado; (ii) generación de electricidad a través del flujo de fluido a través de la superficie del grafeno; y (iii) estructura del agua nanoconfinada y sus propiedades.
El futuro de la producción de energía
Al estudiar la física novedosa y los eventos que ocurren dentro de los nanocapilares, el Dr. El estudio de Yang tiene como objetivo mejorar la comprensión del agua a nivel atómico e identificar principios de diseño para sistemas de recolección de energía más grandes que sean más efectivos.
Al estudiar a nivel atómico, amplía nuestra comprensión del mundo y continúa sorprendiéndonos, como lo demuestra, por ejemplo, la ecuación de Kelvin.
Numerosas industrias, como la detección de moléculas individuales, la producción de energía y el diagnóstico médico, se beneficiarán de su estudio.
Fuente: https://www.manchester.ac.uk/
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