گروهی از محققان دانشگاه ایلینویز نحوه عبور جریان آب از داخل نانولوله‌های کربنی را شبیه‌سازی نموده و کاربردهای آن را بررسی نموده‌اند.
چرخش جریان در نانولوله‌های کربنی
نانولوله‌های کربنی امکانات بسیار جالبی برای فناوری آینده ایجاد می‌کنند. یکی از قابلیت‌های بسیار جذاب این مواد که کاربردهای فراوانی نیز می‌تواند داشته باشد، انتقال آب توسط نانولوله‌های کربنی است. آزمایشات گذشته نشان داده‌اند که می‌توان با استفاده از اعمال گرادیان فشار، به سرعت‌های بسیار بالای انتقال آب از درون نانولوله‌های کربنی به قطر ۲ نانومتر دست یافت.
پروفسور آلورو در موسسه علوم و فناوری پیشرفته بکمن در دانشگاه ایلینویز به همراه سونی جوزف، دانشجوی دکترایی که اخیراً موضوع پایان‌نامه خود را تعریف کرده است، از شبیه‌سازی رایانه‌ای برای بررسی روشی که توسط آن انتقال آب از درون نانولوله‌های کربنی کوچک‌تر می‌تواند بهبود بیشتری یابد، استفاده کرده‌اند. این محققان نتایج کار خود را در Physical Review Letters منتشر کرده‌اند.
سونی جوزف می‌گوید: «شبیه‌سازی‌های قبلی نشان داده‌اند که حرکت آب درون نانولوله‌های کربنی کوتاه در هر دو جهت صورت می‌گیرد. اما اگر بتوانیم آب را وادار کنیم که در یک نانولوله دراز تنها در یک جهت حرکت کند، در حقیقت انتقال آب درون آن نانولوله اتفاق می‌افتد. حال اگر گرادیان فشار را نیز در این نانولوله اعمال کنیم، سرعت انتقال افزایش بیشتری یافته و ما می‌توانیم استفاده‌های زیادی (از جمله تقلید کانال‌های پروتئینی زیستی) از آن بکنیم».
جوزف و آلورا از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی در نانولوله‌های کربنی دراز (به طول حدود ۱۰ نانومتر) استفاده کردند تا رابطه میان جهت جریان آب و جهت‌گیری دوقطبی را نشان دهند. پروفسور آلورا توضیح می‌دهد: «برای حفظ جهت جریان، ما به میدان الکتریکی موضعی یا گروه‌های عاملی در انتهای نانولوله‌ها نیاز داریم. این کار به آب جهت داده و جریان آن را در یک جهت حفظ می‌کند». این دانشمندان می‌گویند برای تغییر جهت جریان، تنها باید جهت میدان الکتریکی را عوض کرد.
جوزف و آلورا روی میدان الکتریکی خارجی تمرکز کرده و چگونگی برهمکنش میدان با مولکول‌های آب را مدلسازی کردند. بار الکتریکی مولکول‌های آب صفر بوده و از طریق گشتاور با میدان الکتریکی برهمکنش می‌کنند. این گشتاورها به درجه آزادی چرخشی مولکول‌ها اعمال می‌شود. این دانشمندان توضیح می‌دهند که تغییرات ایجاد شده در درجه آزادی انتقالی در این سیستم انتقال آب، بیشتر به دلیل نحوه جفت شدن حرکات چرخشی و انتقالی با یکدیگر می‌باشد.
برخی از کاربردهای غشای نانولوله‌ای کربنی عبارتند از دارورسانی، نمک‌زدایی، و انتقال انتخابی یون.
