بررسی عمل موئینگی در مقیاس نانومتری

طبق تحقیقات دانشمندان نیوزلندی، قطرات ریز فلزِ مایع به‌واسطه عمل موئینگی می‌توانند به قدر کافی داخل یک نانولوله کربنی کشیده شوند. این امر می‌تواند به دانشمندان در درک چگونگی رشد نانولوله‌های کربنی کمک کند و ممکن است منجر به روش‌های جدیدی برای تولید نانوالیاف کامپوزیتی و ساخت نانوافزاره‌هایی از نانولوله‌های کربنی و نانوذرات فلزی شود.

طبق تحقیقات دانشمندان نیوزلندی، قطرات ریز فلزِ مایع به‌واسطه عمل موئینگی می‌توانند
به قدر کافی داخل یک نانولوله کربنی کشیده شوند. این امر می‌تواند به دانشمندان
در درک چگونگی رشد نانولوله‌های کربنی کمک کند و ممکن است منجر به روش‌های
جدیدی برای تولید نانوالیاف کامپوزیتی و ساخت نانوافزاره‌هایی از نانولوله‌های
کربنی و نانوذرات فلزی شود.
دکتر شاون هندی از دانشگاه ویکتوریا، گفت: «ما نشان داده‌ایم که نیروهای
موئینگی می‌توانند منجر به جذب قطرات فلز مذاب به‌وسیله نانولوله‌های کربنی
شوند. نیروهای موئینگی یکی از اثرات کشش سطحی هستند. آنها می‌توانند باعث
کشیدگی مایعات به‌وسیله لوله‌های کوچکی مانند نانولوله‌ها شوند. این در حالی
است که اگر مایع از جنس فلزِ مذاب و نانولوله از جنس کربن باشد، پیش‌بینی نمی‌شد
که این اتفاق بیفتد. به‌طور کلی فلزات مایع ترجیح می‌دهند که سطح تماسشان را با
کربن به حداقل برسانند؛ و به همین دلیل، پیش‌بینی می‌شد که نیروهای موئینگی
برای کشیدن قطرات فلز به داخل این نانولوله‌های کربنی، به قدر کافی قوی نباشند.
ولی ما نشان داده‌ایم که اگر این قطرات فلزی به اندازه کافی کوچک باشند، این
اثرات کشش سطحی به قدر کافی بزرگ می‌شوند که بتوانند منجر به کشش موئینگی قطرات
به‌وسیله نانولوله‌های کربنی شوند.»
این پدیده که قطرات خیلی کوچک از یک مایع به‌وسیله لوله‌های موئینگی می‌توانند
کشیده شوند ولی قطرات بزرگ‌تر از همان مایع نمی‌توانند کشیده شوند، قبلاً
مشاهده شده‌است. در واقع هندی و همکارانش این اثر را در سیستم قطره فلزی–
نانولوله‌های کربنی بررسی کردند و با استفاده از شبیه‌سازی رایانه‌ای تأیید
کردند که این پدیده در این سیستم اتفاق می‌افتد.
این محققان در مدل خود انرژی‌های آزاد سطحی کل را برای سه حالت با هم مقایسه
کردند: یک قطره کروی نزدیک ورودی یک نانولوله؛ یک قطره با همان ‌حجم که به‌طور
جزئی داخل نانولوله جذب شده‌است؛ و یک قطره با همان ‌حجم که کاملاً داخل
نانولوله کپسوله شده‌است. آنها از اثرات کشش خطی و جاذبه صرف‌نظر کردند و فرض
کردند که چگالی ثابت باقی می‌ماند.
هندی گفت:«بر اساس این مدل می‌توان پیش‌بینی کرد که که قطرات مایع با حداقل
خاصیت مرطوب‌کنندگی لوله، صرف نظر از اندازه‌شان به‌طور خودبه خود تحت تأثیر
عمل موئینگی، لوله را پر می‌کنند؛ این مطابق با نظریه ماکروسکوپی موئینگی است.
همچنین طبق این مدل، قطرات مذاب غیر مرطوب‌کننده‌ای که به اندازه کافی کوچک
هستند، حتی اگر زاویه تماسشان بزرگ‌تر از ۹۰ درجه هم باشد، تمایل به کپسوله
‌شدن داخل نانولوله دارند.»
نتایج این تحقیق در مجله Nano Letters منتشر شده‌ است.