Ионная магистраль. Как наноканалы изменят будущее технологий

Исследователи из Университета штата Вашингтон и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли разработали способ ускорения движения ионов в смешанных органических ионно-электронных проводниках более чем в 10 раз. Эта технология, описанная в Advanced Materials, открывает новые возможности для хранения энергии, нейроморфных вычислений и других высокотехнологичных применений.

Смешанные проводники объединяют преимущества ионной сигнализации, свойственной биологическим системам, и электронной сигнализации, используемой в электронике. Однако медленное движение ионов ограничивало их эффективность. Ученые решили эту проблему, создав наноканалы, выстланные молекулами, которые притягивают и концентрируют ионы, превращая их движение в сверхбыструю «ионную магистраль».

"Ионам приходилось пробираться через матрицу, похожую на крысиное гнездо. Мы создали прямой канал, чтобы ускорить их движение."

- Брайан Коллинз, старший автор исследования

Используя гидрофильные молекулы, исследователи увеличили скорость движения ионов по каналу, установив мировой рекорд. Когда канал покрывали гидрофобными молекулами, ионы замедлялись, вынужденные двигаться через хаотичную структуру проводника. Этот механизм позволяет включать и выключать магистраль, наподобие биологических систем, регулирующих доступ через клеточные мембраны.

Кроме того, исследователи разработали сенсор, способный фиксировать химические реакции, открывающие ионные каналы. Это устройство создает электрический сигнал, который можно использовать для обнаружения нейронной активности или загрязнений окружающей среды.

"Мы можем управлять движением ионов так, как это делает природа, открывая перспективы для нейронных исследований и сенсорных технологий."

- Брайан Коллинз, старший автор исследования

Следующий этап работы включает изучение фундаментальных механизмов управления движением ионов и внедрение этой технологии в практические решения для энергохранилищ, электроники и медицинских приложений. Эта разработка демонстрирует, как сочетание биологических принципов и нанотехнологий открывает новые горизонты в науке о материалах.