Vous êtes-vous déjà demandé comment bout l’eau d’une bouilloire électrique ? La plupart des gens pensent probablement que l’électricité chauffe simplement le serpentin métallique à l’intérieur de la bouilloire, puis transfère la chaleur à l’eau. Mais l’électricité fait bien plus que cela. Lorsqu’un courant électrique déplace des ions dans une solution, de la chaleur est produite. Lorsque tous les ions et molécules environnantes sont libres de se déplacer, cet effet chauffant est réparti uniformément dans toute la solution. Des chercheurs japonais ont étudié ce qui se passe lorsque ce flux est bloqué dans une direction.
Schéma illustrant le refroidissement des nanopores par transport d'ions sélectif de charge. Source : 2023 Tsutsui et al., Refroidissement Peltier pour la gestion thermique des dispositifs nanofluides, Devices
Une étude révolutionnaire menée par des chercheurs japonais démontre le refroidissement à travers les nanopores, révolutionnant le contrôle de la température dans les systèmes microfluidiques et approfondissant la compréhension des canaux ioniques cellulaires.
Dans une étude récente publiée dans Device, une équipe dirigée par des chercheurs de l'Institut des sciences et de l'industrie de l'Université d'Osaka (SANKEN) a montré que le refroidissement peut être obtenu en utilisant un nanopore - un très petit trou dans une membrane - comme canal qui ne laisse passer que des ions spécifiques.
De manière générale, le fait d’entraîner des ions dans une solution avec de l’électricité provoque le déplacement des ions chargés positivement et négativement dans des directions opposées. L’énergie thermique transportée par les ions circule donc dans les deux sens.
Il serait possible de contrôler le flux des ions si leur chemin était bloqué par une membrane comportant un seul nanopore. Par exemple, si la surface des pores est chargée négativement, les ions négatifs interagiront avec elle au lieu de la traverser, et seuls les ions positifs circuleront, emportant leur énergie avec eux.
Makusu Tsutsui, premier auteur de l'étude, explique : « À des concentrations d'ions plus élevées, nous avons mesuré une augmentation de la température avec l'augmentation de l'énergie électrique. Cependant, à de faibles concentrations, les ions négatifs disponibles interagissent avec les parois des nanopores chargées négativement. Par conséquent, seuls les ions chargés positivement traversent le nanopore et la température diminue. »
La réfrigération ionique démontrée peut être utilisée pour refroidir les systèmes microfluidiques utilisés pour déplacer, mélanger ou étudier des volumes extrêmement petits de liquides. De tels systèmes sont importants dans de nombreuses disciplines, de la microélectronique à la nanomédecine.
De plus, ces découvertes pourraient contribuer à approfondir notre compréhension des canaux ioniques, qui jouent un rôle crucial dans le délicat mécanisme d’équilibrage de la cellule. Ces informations pourraient être essentielles à la compréhension de la fonction et de la maladie et à la conception de traitements.
"Nous sommes enthousiasmés par le large impact potentiel de nos résultats", a déclaré Tomoji Kawai, auteur principal de l'étude. "Il y a beaucoup de place pour la personnalisation des matériaux nanopores afin d'ajuster l'effet de refroidissement. De plus, des réseaux de nanotrous peuvent être créés pour amplifier l'effet."
Il existe en effet de nombreux domaines dans lesquels ces recherches pourraient être améliorées, notamment l’utilisation de gradients de température pour générer une force électromotrice. Cela pourrait être appliqué à la détection de température ou à la récupération d’énergie bleue.
Compilé à partir de : ScitechDaily