پژوهشگران توانستهاند آب را درون لولههای بسیار ریز سیلیکا به حالتی برسانند که از نظر شکل و رفتار مکانیکی شبیه یک ماده جامد باشد، در حالی که ساختار بلوری یخ معمولی را ندارد. این حالت جدید حتی در دماهای مختلف از منفی ۲۰ تا مثبت ۹۰ درجه سانتیگراد پایدار میماند.
آب در لولههای سیلیکا
آب بهطور معمول بهراحتی در یک ظرف ریخته میشود و با کج کردن ظرف، به حرکت در میآید و شکل آن را به خود میگیرد. اما در این آزمایش، آب درون لولههای سیلیکا با ویژگیهایی خاص روبرو شد. وقتی آب از این لولهها خارج شد و با ابزارهای دقیق بررسی گردید، شکل خود را حفظ کرد و بهراحتی جاری نشد.
بیشتر بخوانید: تهران در میان ۱۰۰ خوشه برتر نوآوری جهان؛ رتبه ۶۵ در ارزیابی WIPO
بررسیهای انجامشده با روشهای پیشرفتهای مانند طیفسنجی رامان، مادونقرمز و تشدید مغناطیسی هستهای نشان میدهد که مولکولهای آب در این حالت نسبت به آب معمولی حرکت بسیار محدودی دارند. بعلاوه، بررسی ساختار آن با پراش الکترونی نشان میدهد که هیچ نشانهای از ساختار بلوری منظم یخ معمولی در آن وجود ندارد. به همین دلیل، پژوهشگران این حالت را بیشتر بهعنوان آب جمادگونه و بیشکل توصیف میکنند، نه نوع معمول یخ بلوری.
تاثیر اندازه بر رفتار آب
پژوهشگران دریافتند که سطح داخلی این لولههای بسیار کوچک دارای گروههای شیمیایی خاصی به نام سیلانول (SiOH) است که میتواند با مولکولهای آب پیوندهای هیدروژنی ایجاد کند. وقتی قطر لوله بهاندازه کافی کوچک میشود، تعداد این برهمکنشهای سطحی نسبت به حجم آب بسیار مهم میشود. این بدان معناست که حرکت مولکولهای آب محدود شده و یک شبکه از پیوندها شکل میگیرد که به ایجاد حالت جمادگونه کمک میکند. بهعبارتدیگر، آب در یک فضای خیلی کوچک دیگر همان آبی نیست که در یک لیوان میبینیم.
در آزمایشهای انجامشده، پژوهشگران لولههایی با قطرهای مختلف را بررسی کردند و به نتایج جالبی دست یافتند. هنگامی که قطر داخلی لوله به حدود ۲ تا ۵ میکرومتر میرسد و کوچکتر میشود، رفتار آب از حالت مایع به حالت جمادگونه تغییر پیدا میکند. در لولههای بزرگتر، آب رفتار معمولتری دارد. این یافته نشان میدهد که اندازه فضا در مقیاس میکروسکوپی میتواند ویژگیهای مادهای به آشنایی آب را تغییر دهد.
یکی از جذابترین بخشهای این تحقیق این است که آب جمادگونه در آزمایشها در دماهای مختلف، از منفی ۲۰ تا مثبت ۹۰ درجه سانتیگراد، شکل خود را حفظ کرده است. همچنین نمونهای از آن که ضخامتش حدود ۱۰۰ نانومتر بود، پس از ۵۴ روز همچنان شکل جمادگونه خود را حفظ کرده بود. این ویژگیهای جدید آب میتواند پیامدهای مهمی برای فهم ما از این مایع حیاتی و کاربردهای آن در فناوریهای نوین داشته باشد.
بیشتر بخوانید: مشتریان در بازار تعمیرات موبایل با چالشهای قیمت و کیفیت مواجهاند · پژوهشگران دانشگاه هایدلبرگ: ارتباط ویژگیهای شخصیتی با مواجهه با کابوسها
