رکورد دمای انجماد آب سرد شکسته شد
به گزارش سیناپرس، تیمی از مهندسان دانشگاه هیوستون با به وجود آوردن قطرات ریز آب، به اندازه فقط ۱۵۰ نانومتر، دمای آن را به ۴۴- درجه سانتیگراد رساندند و حتی توانستند با دقت آن را اندازه گیری کنند. به گفته دانشمندان، این رویداد می تواند در درک بهتر چگونگی یخ زدن آب کمک کند که پیامدهایی برای طیف وسیعی از زمینه های علمی، هواشناسی و انجماد خواهد داشت.
مهندس هادی قاسمی، سرپرست این تحقیقات از دانشگاه هیوستون تگزاس در این رابطه می گوید: کاوش تجربی دمای انجماد قطرات آب چند نانومتری یک چالش حل نشده بوده است. در اینجا، از طریق مترولوژی های جدید توسعه یافته توانسته ایم انجماد قطرات آب را از مقیاس میکرون تا مقیاس ۲ نانومتر بررسی کنیم.
او در ادامه توضیحات خود افزود: بسیاری از ما زیاد به آب فکر نمی کنیم، زیرا در همه جا وجود دارد و برای وجود ما ضروری است. اما این مایع معمولی در واقع بسیار عجیب بوده و مانند سایر مایعات رفتار نمی کند. حتی نحوه یخ زدن آن نیز عجیب است: در حالی که چگالی مایعات دیگر با سرد شدن افزایش می یابد، آب با یخ زدن چگالی کمتری پیدا می کند.
این پژوهشگر ایرانی در ادامه توضیحات خود گفت به عنوان مثال، می دانیم که آب در دماهای مختلف تمایل به هسته شدن یا تشکیل کریستال های یخ دارد که گاهی تا ۳۸- درجه سانتیگراد در برابر این فرآیند مقاومت می کند. در دمای سردتر از این، حتی سرسخت ترین مولکول های آب، مانند یخ به هم می چسبند.
قاسمی و تیم تحقیقاتی او با قرار دادن نانو قطرات آب روی یک سطح نرم، مانند ژله یا چربی، این دما را به سمت پایین هدایت کردند. سپس، آنها دمای این قطرات را با استفاده از مترولوژی مقاومت الکتریکی و طیف سنجی فروسرخ اندازه گیری کردند. به گزارش سیناپرس، به نظر می رسد رابط نرم بین سطح و قطره کوچک نقش مهمی در سرکوب هسته یخ ایفا می کند.موضوع فوق به این دلیل است که دمای انجماد آب با افزایش فشار محیط کاهش می یابد. طی این مطالعات، بارزترین اثر در قطره ای از آب با قطر ۲ نانومتر مشاهده شد.
دکتر قاسمی در این رابطه می گوید: ما دریافتیم که اگر یک قطره آب با یک رابط نرم در تماس باشد، دمای انجماد می‌تواند به طور قابل توجهی کمتر از سطوح سخت باشد. همچنین، یک قطره آب چند نانومتری در صورت تماس با یک رابط نرم می تواند تا ۴۴- درجه سانتیگراد در مقابل یخ زدگی مقاومت کند.
به گزارش سیناپرس، نحوه یخ زدن قطرات ریز آب برای انجماد بسیار مهم است، زیرا انجماد قطرات ریز درون سلول ها می تواند باعث پاره شدن و مرگ آن سلول ها شود. یادگیری چگونگی کند کردن یا توقف این فرآیند می تواند به دانشمندان کمک کند تا راه هایی برای کاهش اثر یخ زدگی بیابند. این اتفاق همچنین می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم چگونه هسته زایی در جو اتفاق می‌افتد، جایی که قطرات میکروسکوپی آب منجمد می‌شوند. به گفته محققان این امر می‌تواند به ما در طراحی بهتر فناوری‌هایی که در معرض یخ زدن هستند، مانند هواپیماها و توربین‌های بادی، کمک کند.
در انتها، قاسمی افزود: یافته ها درک پدیده های مختلف طبیعی را ارائه می دهند و مسیری را برای طراحی با الهام از طبیعت در تولید ضد یخ برتر یا فراهم می کنند.
شرح کامل این تحقیق در آخرین نسخه مجله Nature Communications منتشر شده است.
مترجم: یوسف دراوی زاده
