اکتشافات مهم در تحقیقات ازیخ
- بیشتر بدانید:نانوفیلتر نوید دسترسی سریع به آب تمیز را می دهد
- بیشتر بخوانید:به زودی می توانید آب آشامیدنی نانویی بنوشید
- لینک مفید:آبی که هرگز یخ نمی‌زند!
اکتشافات مهم در تحقیقات ازیخ
ماده به ظاهر ساده یخ موضوع یک مطالعه پیشگامانه در آزمایشگاه ملی آرگون بوده است که پیچیدگی‌های رفتار آن را در دماهای بسیار پایین آشکار می‌کند.
در قلب این مطالعه پیش از ذوب است که به طور سنتی در نزدیکی نقطه انجماد آب مشاهده می‌شود.
پیش ذوب به یک لایه نازک مایع مانند بر روی سطح یخ اشاره دارد، مفهومی که اولین بار در اواسط دهه 1800 شناسایی شد.
با این حال، تیم Argonne این پدیده را در دمای بسیار پایین‌تر از نقطه انجماد، به‌ویژه زیر 200 درجه فارنهایت، کشف کردند.
این یافته درک سنتی از رفتار یخ را به چالش می‌کشد و باعث می‌شود که خواص آب در حالت جامد آن مورد ارزیابی مجدد قرار گیرد.
تکنیک‌های تصویربرداری پیشرفته از پدیده‌های جدیدی رونمایی می‌کنند
رویکرد این تیم شامل رشد کریستال‌های یخ تا اندازه‌ای در مقیاس نانو، حدود ده میلیونم متر بود.
آنها سپس از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای مشاهده این بلورها استفاده کردند.
این TEM با دوز پایین و با وضوح بالا بسیار مهم بود زیرا به محققان این امکان را میداد تا بدون ایجاد آسیب درباره یخ مطالعه کنند.
این تکنیک شامل هدایت جریانی از الکترون‌ها به سمت یک جسم و ایجاد تصویری بر اساس نحوه پراکندگی این الکترون‌ها است.
این روش به ویژه برای مطالعه مواد حساس به پرتوهای الکترونی مانند یخ مفید است.
Jianguo Wen، دانشمند مواد Argonne و نویسنده اصلی مقاله، چالش‌ها و پتانسیل این رویکرد را توضیح داد: "یخ برای تصویربرداری بسیار چالش برانگیز است، زیرا در زیر پرتو الکترونی پرانرژی بسیار ناپایداراست. اگر ما با موفقیت این تکنیک را روی یخ نشان دهیم، تصویربرداری از مواد حساس به پرتو دیگربسیار راحت خواهد بود."
مشاهدات فراتر از درک متعارف
محققان آزمایشات خود را در دمای بسیار پایین انجام دادند و از نیتروژن مایع برای خنک کردن محیط تا ۱۳۰ درجه کلوین (یا ۲۲۶- درجه فارنهایت) استفاده کردند.
در این دماها، آنها رفتار نانوبلورهای یخ را مشاهده کردند که در نمودار سنتی فاز آب در نظر گرفته نشده است.
مشاهده در 150 درجه کلوین (190- درجه فارنهایت) به ویژه قابل توجه بود، جایی که یخ یک لایه شبه‌مایع را نشان داد، که با انتقال فاز استاندارد از جامد به بخار مخالفت می‌کرد.
تائو ژو، یکی دیگر از دانشمندان مواد آرگون که در این مطالعه شرکت داشت، پیچیدگی یافته‌های آنها را مشخص کرد: "ما نشان دادیم که پیش ذوب شدن می‌تواند بسیار پایین تر روی منحنی اتفاق بیفتد، اگرچه نمی توانیم دلیل آن را توضیح دهیم."
این مشاهدات سؤالات جدیدی را در مورد رفتار آب در شرایط شدید ایجاد می‌کند و سادگی نمودار فاز مرسوم را به چالش می‌کشد.
مفاهیم و جهت گیری‌های آینده
این تحقیق ویژگی‌های پیچیده یخ را روشن می‌کند و اثربخشی TEM با دوز پایین را در مطالعه مواد حساس نشان می‌دهد.
کاربرد موفقیت‌آمیز این تکنیک برای کریستال‌های یخ، راه را برای استفاده از آن در بررسی سایر مواد حساس هموار می‌کند و به طور بالقوه منجر به پیشرفت‌های قابل توجهی در زمینه‌های مختلف، از جمله علم مواد و فناوری نانو می‌شود.
این مطالعه سؤالات جالبی را در مورد ماهیت آب و انتقال آن بین حالت‌های مختلف، به ویژه در شرایط شدید، مطرح می‌کند.
تحقیقات آینده می‌تواند این پدیده‌ها را بیشتر مورد بررسی قرار دهد و به طور بالقوه جنبه‌های جدیدی از رفتار مادی را آشکار کند و به درک ما از فرآیندهای فیزیکی اساسی و بنیادی کمک کند.
نتیجه گیری
این مطالعه پیشگامانه دانش ما را در مورد یخ و آب ارتقا می‌دهد و زمینه را برای کاوش بیشتر در مواد حساس دیگر فراهم می‌کند.
کاربرد موفقیت‌آمیز TEM با دوز پایین برای یخ، فرصت‌های جدیدی را در علم مواد ایجاد می‌کند که به طور بالقوه منجر به پیشرفت‌هایی در زمینه‌هایی مانند فناوری باتری و فراتر از آن می‌شود.
سفر برای رمزگشایی از اسرار یخ ادامه دارد و نویدبخش اکتشافات هیجان انگیز در دنیای پیچیده علم مولکولی است.
تاریخ:1403/12/5
مهسا نعمتی
