您想过电水壶中的水是如何沸腾的吗？大多数人可能认为，电只是加热电水壶内的金属线圈，然后将热量传递给水。但电的作用远不止于此。当电流使溶液中的离子流动时，就会产生热量。当所有离子和周围的分子都能自由移动时，这种加热效应就会在整个溶液中均匀分布。现在，来自日本的研究人员研究了当这种流动在一个方向受阻时会发生什么。
描述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 Tsutsui 等人，《用于纳米流体设备热管理的珀尔帖冷却》，《设备》
日本研究人员的一项突破性研究展示了通过纳米孔进行冷却的方法，彻底改变了微流控系统的温度控制，并加深了人们对细胞离子通道的了解。
在最近发表于《设备》（Device）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）研究人员领导的研究小组表明，利用纳米孔--膜上的一个非常小的孔--作为只允许特定离子通过的通道，可以实现冷却。
一般来说，用电驱动溶液中的离子会使带正电荷的离子和带负电荷的离子向相反的方向移动。因此，离子携带的热能是双向流动的。
如果离子的路径被一层只有一个纳米孔的膜阻挡，那么就有可能控制离子的流动。例如，如果孔表面带负电荷，那么负离子就会与之相互作用而不是通过，只有正离子才会流动，并带走它们的能量。
研究报告的第一作者 Makusu Tsutsui 解释说："在离子浓度较高的情况下，我们测量到温度随着电能的增加而升高。然而，在低浓度时，可用的负离子会与带负电的纳米孔壁相互作用。因此，只有带正电荷的离子通过纳米孔，温度也随之降低"。
所展示的离子制冷可用于微流控系统的冷却，该系统用于移动、混合或研究极小体积的液体。这种系统在从微电子学到纳米医学的许多学科中都非常重要。
此外，这些发现还有助于进一步了解离子通道，因为离子通道在细胞的精细平衡机制中发挥着至关重要的作用。这种洞察力可能是了解功能和疾病以及设计治疗方法的关键。
研究的资深作者 Tomoji Kawai 说："我们对研究结果的潜在影响之广感到兴奋。纳米孔材料有很大的定制空间，可以调整冷却效果。此外，还可以创建纳米孔阵列来放大效果。"
该研究成果可增强的领域确实很多，包括利用温度梯度产生电动势。这可以应用于温度传感或蓝色能量采集。
编译自：ScitechDaily
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