Инновации в наноинженерии приводят к созданию улучшенных пористых структур.
Исследователи из Группы наноинженерии Центра графена в Кембридже разработали новую теорию материалов, вдохновившись натуральными венами листьев. Они предложили концепцию, названную «Универсальный закон Мюррея», которая находит применение в проектировании пористых материалов, способствующих улучшению массопереноса.
Переосмысление столетнего закона «Закон Мюррея», введенного в 1926 году Цесилом Д. Мюрреем, который объясняет, как природные васкулярные системы, такие как кровеносные сосуды животных и вены листьев растений, эффективно перемещают жидкости с минимальными затратами энергии. Однако применение этого закона к синтетическим материалам сталкивалось с трудностями из-за разнообразия форм пор.
Исследователи расширили принципы этого закона, чтобы он мог применяться к синтетическим материалам, включая все виды транспортировки, такие как ламинарное течение, диффузия и ионная миграция. Таким образом, «Универсальный закон Мюррея» теперь подходит для пор любой формы.
Практические приложения и исследования Принципы «Универсального закона Мюррея» были проверены на аэрогеле из графена, материале, известном своей высокой пористостью. Контролируя рост кристаллов льда, исследователи смогли управлять размерами и формами пор. Эксперименты подтвердили, что микроканалы, соответствующие этому закону, предоставляют минимальное сопротивление потоку жидкости.
Кроме того, команда продемонстрировала практическую пользу нового закона на примере оптимизации пористого газового датчика. Датчик, разработанный в соответствии с «Универсальным законом Мюррея», показал значительно более быстрый отклик по сравнению с датчиками, разработанными по традиционным принципам, что подчеркивает эффективность и простоту применения новой теории.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, открывают новые перспективы для разработки функциональных материалов будущего, которые могут найти применение в областях улучшенного хранения энергии, катализа и сенсорики.