您想過電水壺中的水是如何沸騰的嗎？大多數人可能認為，電只是加熱電水壺內的金屬線圈，然後將熱量傳遞給水。但電的作用遠不止於此。當電流使溶液中的離子流動時，就會產生熱量。當所有離子和周圍的分子都能自由移動時，這種加熱效應就會在整個溶液中均勻分佈。現在，來自日本的研究人員研究了當這種流動在一個方向受阻時會發生什麼。

描述透過電荷選擇性離子傳輸進行奈米孔冷卻的示意圖。資料來源：2023 Tsutsui 等人，《用於奈米流體設備熱管理的珀爾帖冷卻》，《設備》

日本研究人員的一項突破性研究展示了透過奈米孔進行冷卻的方法，徹底改變了微流控系統的溫度控制，並加深了人們對細胞離子通道的了解。

在最近發表於《設備》（Device）上的一項研究中，大阪大學科學與工業研究所（SANKEN）研究人員領導的研究小組表明，利用奈米孔–膜上的一個非常小的孔–作為只允許特定離子通過的通道，可以實現冷卻。

一般來說，用電驅動溶液中的離子會使帶正電荷的離子和帶負電荷的離子朝相反的方向移動。因此，離子攜帶的熱能是雙向流動的。

如果離子的路徑被一層只有一個奈米孔的膜阻擋，那麼就有可能控制離子的流動。例如，如果孔表面帶負電荷，那麼負離子就會與之相互作用而不是通過，只有正離子才會流動，並帶走它們的能量。

研究報告的第一作者 Makusu Tsutsui 解釋說：”在離子濃度較高的情況下，我們測量到溫度隨著電能的增加而升高。然而，在低濃度時，可用的負離子會與帶負電的奈米孔壁相互作用。因此，只有帶正電荷的離子通過奈米孔，溫度也隨之降低”。

所展示的離子製冷可用於微流控系統的冷卻，該系統用於移動、混合或研究極小體積的液體。這種系統在從微電子學到奈米醫學的許多學科中都非常重要。

此外，這些發現也有助於進一步了解離子通道，因為離子通道在細胞的精細平衡機制中發揮著至關重要的作用。這種洞察力可能是了解功能和疾病以及設計治療方法的關鍵。

研究的資深作者 Tomoji Kawai 說：”我們對研究結果的潛在影響之廣感到興奮。奈米孔材料有很大的客製化空間，可以調整冷卻效果。此外，還可以創建奈米孔陣列來放大效果。 “

這項研究成果可增強的領域確實很多，包括利用溫度梯度產生電動勢。這可以應用於溫度感測或藍色能量採集。

編譯自：ScitechDaily