Desalinizzare e purificare: Il flusso d’acqua sulla superficie del grafene è soggetto a attrito quantistico mentre si muove su uno strato di atomi di carbonio. Recentemente, un fenomeno insolito è stato dimostrato utilizzando tecniche ultraveloci. Si ritiene che questi risultati possano essere applicati nei processi di purificazione e desalinizzazione dell’acqua, nonché nei computer a base liquida.
Cosa sono i computer a base liquida?
I computer a base liquida sono un tipo di computer che utilizza liquidi al posto dei tradizionali componenti elettronici solidi. Invece di utilizzare circuiti elettronici basati su semiconduttori, questi computer sfruttano le proprietà termiche e conduttive dei liquidi per eseguire calcoli e memorizzare dati.
I computer a base liquida sono ancora una tecnologia in fase di sviluppo e ricerca, e non sono ancora utilizzati ampiamente o disponibili sul mercato. Tuttavia, sono oggetto di interesse perché potrebbero offrire vantaggi significativi rispetto ai computer tradizionali in termini di efficienza energetica e prestazioni.
Studio dell’acqua e del carbonio
Negli ultimi vent’anni, gli esperti hanno studiato il comportamento dell’acqua vicino alle superfici di carbonio. È stato scoperto che l’acqua scorre a una velocità maggiore del previsto sulla base delle teorie convenzionali e può assumere schemi insoliti, come la formazione di ghiaccio quadrato. Queste osservazioni hanno sconcertato la comunità scientifica e continuano ad essere oggetto di studio.
Un recente studio pubblicato su Nature Nanotechnology da ricercatori internazionali del Max Planck Institute for Polymer Research di Mainz (Germania), del Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2, Spagna) e dell’Università di Manchester (Inghilterra) rivela che l’acqua può interagire direttamente con gli elettroni del carbonio, un raro fenomeno quantistico nella dinamica dei fluidi. Questa scoperta potrebbe offrire nuove prospettive per capire come si comportano i liquidi a livello microscopico e potrebbe anche avere applicazioni pratiche nel campo della tecnologia e della chimica.
Studio del grafene e dell’attrito quantistico con l’acqua
Il team ha studiato un campione di grafene, un monostrato di atomi di carbonio disposti a nido d’ape. Hanno utilizzato impulsi laser rossi ultrabrevi (della durata di solo un milionesimo di miliardesimo di secondo) per riscaldare istantaneamente la nuvola di elettroni del grafene. Hanno quindi controllato il loro raffreddamento con impulsi laser terahertz, sensibili alla temperatura degli elettroni del grafene. Questa tecnica è chiamata sonda terahertz e spettroscopia a pompa ottica.
È stato scoperto che la nuvola di elettroni nel grafene si raffredda più velocemente se immersa nell’acqua, il che è sorprendente. Tuttavia, quando il grafene è immerso nell’etanolo, non vi è alcuna differenza significativa nella velocità di raffreddamento. “Questa era un’altra indicazione che l’accoppiamento acqua-carbonio è speciale, ma dovevamo ancora capire cosa stesse succedendo esattamente”, afferma Kavokine.
Una spiegazione plausibile è che gli elettroni caldi interagiscono con le molecole d’acqua e rilasciano il loro calore attraverso l’attrito quantico, con conseguente raffreddamento efficace. Dopo aver indagato a fondo, gli esperti hanno sviluppato una teoria interessante: si è scoperto che l’attrito quantistico tra acqua e grafene può spiegare i dati sperimentali ottenuti.
Ciò che rende unica l’acqua in questo caso è la sua capacità di sincronizzare le sue vibrazioni, dette “idroni”, con le vibrazioni degli elettroni del grafene, detti “plasmoni”. Ciò consente di aumentare notevolmente il trasferimento di calore tra il grafene e l’acqua a causa di un fenomeno chiamato “risonanza”.
Questi risultati hanno importanti implicazioni per processi come la filtrazione e la desalinizzazione, in cui l’attrito quantico potrebbe essere utilizzato per regolare le proprietà di permeazione delle membrane nanoporose.
La recente scoperta è stata ottenuta combinando insieme un insolito sistema sperimentale, uno strumento di misurazione e un quadro teorico. Tuttavia, il prossimo obiettivo è riuscire a controllare adeguatamente l’interazione tra acqua ed elettrone per massimizzarne l’utilità in vari campi.
