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¿Alguna vez te has preguntado cómo hierve el agua en una tetera? La mayoría de la gente podría pensar que la electricidad simplemente calienta la bobina metálica del hervidor, que luego transfiere el calor al agua. Pero la electricidad puede hacer aún más. Se puede generar calor cuando la electricidad hace que fluyan los iones en una solución. Cuando se permite que todos los iones y las moléculas circundantes se muevan libremente, este efecto de calentamiento se equilibra en toda la solución. Ahora investigadores de Japón han investigado qué sucede cuando este flujo se bloquea en una dirección.
En un estudio publicado recientemente en DispositivoEl equipo, dirigido por investigadores del SANKEN (Instituto de Investigación Científica e Industrial) de la Universidad de Osaka, ha demostrado que es posible lograr el enfriamiento utilizando un nanoporo -un agujero muy pequeño en una membrana- como puerta de entrada que solo permite que ciertos iones pasen. pasar por.
En general, el uso de electricidad para impulsar iones en soluciones atrae iones cargados positivamente y iones cargados negativamente en direcciones opuestas. La energía térmica transportada por los iones se difunde en ambas direcciones.
Si el camino de los iones está bloqueado por una membrana que solo pasa a través de un nanoporo, es posible controlar el flujo. Por ejemplo, si la superficie del poro está cargada negativamente, los iones negativos pueden interactuar con ella en lugar de atravesarla, y sólo los iones positivos fluirán, llevándose su energía consigo.
«En altas concentraciones de iones, medimos un aumento de temperatura cuando se aumentaba la potencia eléctrica», explica el director del estudio, Makusu Tsutsui. “Sin embargo, en concentraciones bajas, los iones negativos disponibles interactuaban con la pared de nanoporos cargada negativamente. Por lo tanto, sólo los iones cargados positivamente pasaron a través del nanoporo y se observó una caída de temperatura”.
El enfriamiento iónico demostrado podría usarse para enfriar sistemas de microfluidos: configuraciones utilizadas para mover, mezclar o estudiar volúmenes muy pequeños de líquido. Estos sistemas son importantes en muchas disciplinas, desde la microelectrónica hasta la nanomedicina.
Además, los resultados podrían ayudar a mejorar la comprensión de los canales iónicos, que desempeñan un papel crucial en la maquinaria finamente equilibrada de las células. Estos hallazgos podrían ser clave para comprender la función y la enfermedad y desarrollar tratamientos.
«Estamos entusiasmados con la amplitud del impacto potencial de nuestros hallazgos». dice el autor principal del estudio, Tomoji Kawai. “Existe una gran oportunidad de adaptar el material de nanoporos para ajustar el enfriamiento. Además, se podrían crear conjuntos de nanoporos para mejorar el efecto”.
La lista de áreas que podrían ampliarse con los hallazgos es realmente considerable, extendiéndose al uso de un gradiente de temperatura para generar potenciales eléctricos. Esto podría usarse para medir la temperatura o generar energía azul.
Fuente: https://www.osaka-u.ac.jp/en
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