Ученые обнаружили необычное поведение ионов при движении внутри углеродных нанотрубок. Оказалось, что его скорость не прямо возрастает с увеличением диаметра последних, но определяет близостью к оптимальному диаметру поры. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Эксперимент проводился на однослойных углеродных нанотрубках с диаметром от 0,6 до 2 нанометров и длиной около одного миллиметра. Наблюдая за тем, как внутри нанотрубок двигаются разные одновалентные катионы (Li+,K+,Cs+, Na+), ученые обнаружили, что скорость этого движения имеет колоколообразную зависимость от диаметра.
Оказалось, что при увеличении диаметра более оптимальных 1,6 нанометров скорость ионов неожиданно падала, а не увеличивалась, как этого можно было ожидать. При оптимальном диаметре она была примерно в пять раз больше, чем при другом в том же диапазоне.
Наблюдение стало неожиданностью для ученых, так как существующие модели не предсказывали такого поведения. По словам исследователей, такое экзотическое поведение может объясняться действием гидратирующей оболочки из молекул воды, которая имеется у каждого иона в растворе. Исследование может иметь важное значение для создания более совершенных элементов питания (где ключевую роль играет транспорт ионов), обессоливания воды или даже секвенирования ДНК методом протаскивания через пору.