مایع نگه داشتن آب در دمای ۴۴- سانتیگراد/ فرآیندی که به کاهش تشکیل یخ در سطح هواپیما و سایر زیرساختها کمک می کند

به گزارش نیو اطلس، همه ما در کتاب علوم دوران ابتدایی آموخته‌ایم که آب در دمای صفر درجه سانتیگراد (۳۲ درجه فارنهایت) منجمد می‌شود، اما در واقع به این سادگی نیست. آزمایش‌های جدید محققان دانشگاه "هیوستون" نشان داده است که اگر قطرات ریز آب در تماس با یک سطح نرم باشند، می‌توانند تا ۴۴- درجه سانتیگراد (۴۷.۲- درجه فارنهایت) در حالت مایع باقی بمانند.

نقطه انجماد آب یک حکم بلامنازع نیست، بلکه بیشتر به نقطه شروعی اشاره دارد که مولکول‌های آب شروع به یخ زدن می‌کنند. اولین مولکول‌هایی که تغییر حالت می‌دهند، آنهایی هستند که در معرض هوای سرد در سطح قطرات قرار می‌گیرند و بلورهای یخی که آنها تشکیل می‌دهند، مولکول‌های مجاور را نیز تحریک می‌کنند تا یخ بزنند. این روند تا زمانی ادامه می‌یابد که کل آب به یخ تبدیل شود.

هر قطره آب، جایی بین دمای صفر درجه سانتیگراد تا منفی ۳۸ درجه سانتیگراد (۳۶.۴- درجه فارنهایت) یخ خواهد زد. اما در این مطالعه جدید، محققان موفق شدند برخی از قطرات بسیار ریز را به شکل مایع در دمای ۴۴- درجه سانتیگراد نیز نگه دارند.

به گفته محققان، نکته کلیدی در این موضوع، نوع سطحی است که آب با آن در تماس است. بلورها یا کریستال‌های یخ به راحتی بر روی سطوح سخت تشکیل می‌شوند، اما سطوح نرم‌تر مانند روغن‌ها یا ژل‌ها می‌توانند این تشکیل بلور را برای مدت طولانی‌تری سرکوب کنند و قطرات کوچکتر آب حتی بیشتر از قطرات بزرگتر می‌توانند در حالت مایع بمانند.

محققان برای بررسی دقیق‌تر فیزیک تبدیل آب به یخ، با قطرات آب به قطر فقط دو نانومتر آزمایش انجام دادند، در حالی که معمولا با قطراتی به قطر حدود ۱۰۰ نانومتر آزمایش انجام می‌شود.

محققان برای انجام این کار، آب را در منافذ غشایی که از اکسید آلومینیوم آندیزه شده(قطب مثبت شده) ساخته شده بود، محدود کردند. این نانوذرات توسط روغن اکتان احاطه شده بودند تا سطح رابط را "نرم" نگه دارند.

"هادی قاسمی"، نویسنده مسئول این مطالعه می‌گوید: کاوش تجربی دمای انجماد چند قطره آب در مقیاس نانومتری یک چالش حل نشده بوده است. در اینجا از طریق مترولوژی‌های جدید توسعه یافته، ما توانسته‌ایم انجماد قطرات آب را از مقیاس میکرون تا مقیاس ۲ نانومتر بررسی کنیم.

این تیم می‌گویند که این یافته می‌تواند به توسعه روش‌های جدید برای کاهش تشکیل یخ در سطوح هواپیما، توربین‌های بادی و سایر زیرساخت‌ها کمک کند. همچنین می‌تواند منجر به بهبود سیستم‌های انجماد مواد غذایی یا بافت‌هایی شود که از طریق تشکیل کریستال یخ به سلول‌ها آسیب نرسانند.

این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.