محققان در آمریکا نشان داده‌اند، هنگامی که سیال‌هایی مانند آب و روغن سیلیکونی در فضای نانومتری محبوس شوند، رفتاری مشابه سس گوجه‌فرنگی یا خمیر دندان از خود نشان می‌دهند، سپس اگر این مایعات محبوس شده، تکان داده شوند، سیال می‌شوند و همان خواص مکانیکی و ساختاری خود را ـ هنگامی که به‌صورت لایه‌های ضخیم‌تر هستند ـ نشان می‌دهند.
تغییر ویسکوزیته مایعات در فضاهای نانومتری
محققان در آمریکا نشان داده‌اند، هنگامی که سیال‌هایی مانند آب و روغن سیلیکونی در
فضای نانومتری محبوس شوند، رفتاری مشابه سس گوجه‌فرنگی یا خمیر دندان از خود نشان
می‌دهند، سپس اگر این مایعات محبوس شده، تکان داده شوند، سیال می‌شوند و همان خواص
مکانیکی و ساختاری خود را ـ هنگامی که به‌صورت لایه‌های ضخیم‌تر هستند ـ نشان می‌دهند.
این مطالعه ـ که در آن برای اولین بار از میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) برای
اندازه‌گیری ویسکوزیته سیال‌های محبوس‌شده استفاده شده‌است ـ نشان می‌دهد که این
مایعات می‌توانند بر اساس تغییرات محیطی از خود عکس‌العمل نشان داده، ویسکوزیته خود
را اصلاح کنند.
الیزا ریدو، از گروه فیزیک مؤسسه فناوری جرجیا و یکی از این محققان، گفت:«دانستن
این مطلب خیلی مهم است. اگر یک روان‌کننده استفاده‌شده در قطعه‌ای از ماشین‌آلات
ـ هنگامی که بین دو سطح جامد فشرده می‌شود ـ ضخیم و ژلاتینی شود، می‌تواند مشکلاتی
را ایجاد کند و اگر این قطعه ماشین‌آلات تکان بخورد، این مایع سیال می‌شود.»
این محققان برای اندازه‌گیری رفتار لایه‌های ضخیم و نازک مایعات ـ هنگامی که در حال
نوسان یا تکان خوردن بودند ـ از میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده کردند. یک نوک
سیلیکونی کروی برای نزدیک شدن به یک سطح میکای غوطه‌ور در آب یا روغن سیلیکونی
استفاده شد و در همان حال نوسان‌های کوچک افقی به پایه لرزانک اعمال شد. ریدو
گفت:«ما اولین گروه تحقیقاتی هستیم که برای مطالعه ویسکوزیته سیال‌های محبوس‌شده از
میکروسکوپ نیروی اتمی ـ به‌واسطه اندازه‌گیری نیروی افقی مستقیم با دقت بالا ـ
استفاده کردیم.
این نیروهای افقی و نرمال عمل‌کننده روی نوک مستقیماً و هم‌زمان به‌عنوان تابعی از
ضخامت فیلم مایع اندازه‌گیری شدند و نسبت تنش به کشش تحت شرایط نوسانی ـ که معروف
به مدول ویسکوالاستیک است ـ در بسامدها و کشش‌های مختلف اندازه‌گیری شد. این محققان
زمان سست‌سازی(relaxation) دو مایع مرطوب‌کننده(آب و روغن سیلیکونی یا اُکتامتیل
سایلوتتراسیلوکسان) را نیز اندازه‌گیری کردند.
تای لی، از مؤسسه فناوری جرجیا و یکی دیگر از این محققان، گفت:«زمان سست‌سازی میزان
فعال بودن این مولکول‌ها را نشان می‌دهد. یک زمان سست‌سازی بزرگ‌تر بدین معنی است
که زمان بیشتری طول می‌کشد تا این مولکول‌ها بعد از تکان خوردن، دوباره خود را مرتب
کنند و شکل اولیه و قبلی خود را پیدا کنند. مایعات زمان سست‌سازی خیلی کمی دارند؛
مثلاً به محض توقف تکان دادن یک بطری آب، آن به پیکربندی اولیه خود برمی‌گردد.»
نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهند که زمان سست‌سازی آب و روغن سیلیکونی ـ هنگامی که
محبوس شوند ـ چندین درجه بزرگی، بیشتر می‌شود و این بدین معنی است که آنها مانند ژل‌ها
و شیشه عمل می‌کنند. این محققان نشان داده‌اند که زمان‌های سست‌سازی، هنگامی که این
مایعات محبوس شوند، به‌سرعت تکان دادن بستگی دارند؛ این در حالی است که در لایه‌های
ضخیمی که محدود نشده‌اند، این مولکول‌ها هیچ وابستگی‌ای به‌سرعت تکان دادن از خود
نشان نداده‌اند و همیشه زمان سست‌سازی خیلی کمی داشته‌اند و مانند یک مایع نرمال
عمل کرده‌اند.
هنگامی که ضخامت فیلم آب کمتر از یک نانومتر باشد(یعنی از حدود سه مولکول آب
چیده‌شده پشت‌سر هم تشکیل شده باشد) زمان‌های سست‌سازی نیز کمتر است و در غیر این
صورت خواص آن همانند خواصش در یک بطری آب است، همچنین خواص روغن سیلیکونی در ضخامت
کمتر از چهار نانومتر تغییر می‌کند.
نتایج این تحقیق در مجله Physical Review Letters منتشر شده‌است.
