یخ زدن در نقطه جوش
به گزارش تاسیسات نیوز، این یک واقعیت شناخته شده است که در سطح دریا، آب در دمای 212 درجه فارنهایت یا 100 درجه سانتیگراد به جوش می آید. دانشمندان مدت های طولانی دیده بودند که وقتی آب در یک فضای بسیار کوچک محدود می شود، نقاط جوش و انجماد آن کمی تغییر می کند و معمولاً تا حدود 10 درجه یا بیشتر کاهش می یابد.
اما به تازگی تیمی از محققان MIT مجموعه تغییرات کاملاً پیش بینی نشده ای را دریافته اند: داخل کوچک ترین فضاها یعنی در نانوتیوب های کربنی که ابعاد داخلی آنها بزرگ تر از چند مولکول اب نیست، اب می تواند حتی در دماهای بالا که معمولاً در آن دماها به جوش می آید بخ بزند!
این کشف نشان می دهد چگونه حتی موارد بسیار مشابه وقتی داخل سازه های نانومتری یا میلیاردم یک متر گیر می افتند می توانند کاملاً متفاوتی از خود نشان دهند – در این صورت می توان از مزیت ویژگی های حرارتی و الکتریکی منحصر به فرد یخ در عین پایدار ماندن در دمای اتاق استفاده کرد.
نتایج این تحقیق که در مجله نیچر نانوتکنولوژی منتشر شده می گوید: «اگر شما سیالی را در یک حفره نانو محدود کنید، می تواند رفتار فاز آن را تغییر دهید. این اثرات انتظار می رفت، اما حجم عظیم تغییرات و جهت آن (افزایش به جای کاهش نقطه انجماد) واقعاً شگفت انگیز بود: در یکی از آزمایشات، اب در دمای 105 درجه سانتیگراد یا بیشتر منجمد شد.
این تاثیر بسیار بیشتر از چیزی بود که پیش بینی می شد. گفته می شود رفتار آب داخل لوله های نانوی کربنی – ساختاری به شکل یک فیستوله که تماماً از اتم های کربن ساخته شده اما قطر آن تنها چند نانومتر است – به قطر دقیق لوله ها بستگی دارد. اینها واقعاً کوچک ترین لوله هایی هستند که شما می توانید به آن فکر کنید. در آزمایشات هر دو انتهای لوله ها باز نگه داشته شد و مخازن آب در هر انتها قرار گرفت.
حتی اختلاف بین لوله های نانوی 1.05 نانومتری و 1.06 نانومتری، اختلافی معادل ده ها درجه در نقطه انجماد ایجاد کرد. این تفاوت زیاد کاملاً پیش بینی نشده بود.
در واقع، تعجب آور است که آب حتی در محل اول وارد این لوله های ظریف می شود. لوله های نانوی کربنی هیدروفوبیک یا دفع کننده آب هستند، در نتیجه مولکول های آب باید زمان سختی برای واردشدن داشته باشند. واقعیت چگونگی ورود آنها هنوز کمی مرموز باقی می ماند.
این تیم با استفاده از تکنیکی به نام اسپکتروسکوپی ارتعاشی که می تواند حرکت اب داخل لوله های نانو را دنبال کند از سیستم های تصویربرداری بسیار حساس استفاده کرد.
از آنجایی که آب منجمد تا وقتی بالای نقطه جوش طبیعی آب نباشد ذوب نمی شود، باید در شرایط دمای اتاق کاملاً پایدار بماند. این شیوه آب را ماده ای مفید برای یک سری از کاربردها می شود. برای مثال تولید سیم های یخی که در میان بهترین ناقلین شناخته شده برای پروتون خواهد بود امکان پذیر می شود، چون آب پروتون ها را حداقل 10 برابر ساده تر از مواد رسانای معمول منتقل می کند. در نتیجه می توان در دمای اتاق سیستم های آبی بسیار پایداری داشت.
انتهای خبر