ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

درون نانولوله‌کربنی، آب در 100 درجه سانتیگراد یخ می‌زند!

محققان نشان دادند که آب درون نانولوله‌های کربنی در دمای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد نیز یخ می‌زند. قطر نانولوله‌ها به شدت روی رفتار فاز آب درون نانولوله تاثیر گذار است و کوچکترین تغییر در قطر موجب تغییر چند درجه‌ای در نقطه ذوب یخ می‌شود.

آب معمولا در دمای 100 درجه سانتیگراد به جوش می‌آید. اخیرا دانشمندان نشان داده‌اند که در فضاهای بسیار محدود و کوچک، نقطه جوش و ذوب آب به شدت تغییر می‌کند.
پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) نشان دادند که آب درون نانولوله‌های کربنی در دماهای بسیار بالا، یخ می‌زند دماهایی که معمولا موجب به جوش آمدن آب می‌شود.
این کشف محققان نشان می‌دهد که چگونه رفتار طبیعی مواد را می‌توان در فضاهای نانومقیاس تغییر داد. از این فناوری جدید می‌توان برای کاربردهای مختلف نظیر سیم‌های پرشده از یخ استفاده کرد. در جاهایی که نیاز به استفاده از خواص گرمایی و الکتریکی یخ وجود دارد می‌توان در دمای اتاق یخ را پایدار نگه داشت.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Observation of extreme phase transition temperatures of water confined inside isolated carbon nanotubes در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسیده است. استرانو می‌گوید: «اگر شما سیالی را در حفره نانومقیاسی به دام اندازید، می‌توانید رفتار فازی آن را تغییر دهید.»
filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
در واقع این امکان بوجود می‌آید که تغییرات فاز میان حالت‌های جامد، مایع و گاز را تحت کنترل در آورد. البته چنین کاری پیش از این نیز قابل پیش‌بینی بوده اما میزان این تغییر هیچ‌گاه در این اندازه نبوده است. در این پروژه محققان موفق شدند در دمای 105 درجه سانتیگراد، آب را به حالت یخ درآورند. البته اندازه‌گیری دقیق دما در این پروژه امکان‌پذیر نبوده اما 105 درجه سانتیگراد کمینه دمایی است که اعمال شده و دمای واقعی حتی تا بالاتر از 151 درجه سانتیگراد نیز رفته است.
میزان تغییرات رفتار آب در نانولوله‌های کربنی بستگی به قطر این لوله‌ها دارد. محققان نشان دادند که میان قطر 05/1 نانومتر و 06/1 نانومتر نیز تفاوت رفتار وجود دارد به طوری که ممکن است نقطه ذوب آب ده‌ها درجه میان این دو نوع نانولوله اختلاف داشته باشد. دانشمندان تصور نمی‌کردند که چنین اختلاف اندکی موجب تغییراتی شگرف شود هر چند به دلیل دشواری در اندازه‌گیری دقیق چنین قطری، انجام این کار پیش از این با چالش‌هایی روبرو بوده است.
این گروه با استفاده از یک سامانه تصویربرداری با حساسیت بالا موسوم به طیف‌سنجی ارتعاشی، موفق شدند حرکت آب را درون نانولوله‌ها رصد کنند. آنها نه تنها حضور آب درون نانولوله، بلکه فاز آن را نیز تشخیص دادند.