اخبار تکنولوژی و علم قرن 21

پنج شنبه ۹۶/۰۷/۲۷

نانوتیوب کربن برای بررسی رفتار آب در محیط های بسته، به کار گرفته شد.

21 century technology news

اخبار علم و تکنولوژی قرن 21
www.21tech.ir

انجماد آب در دمای جوش داخل نانوتیوب کربن

نانوتیوب کربن
1005 نمایش

آب داخل نانوتیوب‌های کربن رفتاری متفاوت با شرایط معمول دارد.

آب در فشار سطح دریا دماهای جوش و انجماد مشخصی دارد. پیش از این محققان متوجه شده بودند آب در محیط‌های بسته و محصور (confined) دچار تغییر نقطه جوش و انجماد می‌شود، اما هیچگاه این تغییرات اینقدر زیاد نبود که آب در حالی که انتظار می‌رفت بجوشد، منجمد شود .

این همان نتیجه غیر منتظره‌ایست که میشل استرانو و همکارانش در دانشگاه MIT با تزریق آب درون لوله‌های نانوکربن مشاهده کردند. نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature Nonotechnology به چاپ رسیده است.

معمولا یک تفاوت ۱۰ºC در رنج دماها در محیط‌های بسته مشاهده می‌شود. اما این تحقیقات به نتایج بسیار شگفت انگیزی رسید. مثلا در یکی از این تست‌ها آب در دمای ۱۰۵ºC منجمد شد.

آب درون نانوتیوب های کربن رفتار بسیار غیر معمولی دارد.

آب درون نانوتیوب های کربن رفتار بسیار غیر معمولی دارد.

سایز مهم است

پس از مشاهدات بسیار محققان متوجه شدند که رفتار آب با سایز دقیق نانوتیوب بسیار تغییر می‌کند. حتی یک اختلاف سایز در حدود ۰/۰۱ نانومتر هم می‌تواند باعث تغییر شود.

مطالعات پیشین در تلاش بودند رفتار آب و سایر مایعات را در محیط‌های بسته مورد مطالعه قرار دهند اما نتایج بسیار متناقض بودند. یکی از دلایل اختلافات این بود که محققان پیشین نمی‌توانستند با دقت بسیار زیاد سایز نانوتیوب‌های خود را اندازه‌گیری کنند در حالیکه مشخص شد یک تغییر بسیار کوچک در سایز نانوتیوب، باعث تغییر قابل توجهی در نتیجه می‌شود. قطر نانوتیوب‌ها در این آزمایشات، ۱/۰۵، ۱/۰۶، ۱/۱۵، ۱/۲۴، ۱/۴۴، و ۱/۵۵ نانومتر بوده است. به استثناء قطر ۱/۱۵ نانومتر، در بقیه موارد با کاهش قطر نانوتیوب، دمای انجماد افزایش یافت.

شگفتی های آب

علاوه بر تغییر فازهای غیر منتظره، اصلا آب از ابتدا نباید وارد نانوتیوب‌های کربن می‌شد. نانوتیوب‌های کربن یک هایدروفوبیک (hydrophobic) محسوب می‌شوند، پس باید آب را دفع کنند. قطعا ورود آب به نانوتیوب کربن با دشواری هایی همراه بوده است اما چگونه محققان موفق به چنین کاری شدند، از رازهای این تحقیق است.

مشاهده آب در نانوتیوب ها

استرانو و همکارانش از اسپکتروسکوپی لرزشی (Vibrational spectroscopy) استفاده کردند تا حرکات دقیق آب را داخل نانوتیوب‌ها شناسایی کنند (در این روش انرژی‌های آزاد شده از ارتعاشات پیوندها مورد بررسی قرار می‌گیرند). همین امر باعث شد که موفق به استحصال نتایج بسیار دقیق از نانوتیوب‌ها شوند.

با تکنیک‌های عکسبرداری که محققان در اختیار دارند، نه تنها وضعیت حضور آب در نانوتیوب، بلکه فاز آب را نیز شناسایی کردند. وقتی آب داخل این لوله‌ها به جامد تبدیل میشود، نمی‌توان آن را دقیقا یخ خطاب کرد چون یخ مستلزم وجود یک شبکه کریستالی است در حالیکه محققان وجود چنین شبکه‌ای را نمی‌توانند در اینجا اثبات کنند.

استرانو می‌گوید: “این لزوما یخ نیست اما یک فاز شبه-یخ است”.

این آب جامد در دمای اتاق هم جامد باقی می‌ماند که برای برخی کاربردها می‌تواند مفید باشد. «سیم‌های یخی» (ice wires) از جمله‌ی این کاربردها است آب برای پروتون رسانایی بهتری از رساناهای معمولی دارد. از دیگر نتایج جالب این آزمایش، کاهش شدید رسانایی حرارتی نانوتیوب کربن (به حدود یک پنجم) در راستای محوری بوده است.

منبع

مشاهده مقاله کامل


نوشتن یک نظر

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

عنوان منو