بررسی رفتار آب محدود شده درون نانولوله‌کربنی تک جداره

وقتی صحبت از نانولوله‌های کربنی تک جداره (SWCNT) می‌شود، ممکن است آب و یخ اولین چیزهایی نباشد که به ذهن برسد. یک تیم تحقیقات ژاپنی اعلام کرده است که احتمالا بتواند به درک شفاف‌تری از رفتار آب محدود شده درون حفره نانولوله‌های کربنی برسد.

وقتی صحبت از نانولوله‌های کربنی تک جداره (SWCNT) می‌شود، ممکن است آب و
یخ اولین چیزهایی نباشد که به ذهن برسد. یک تیم تحقیقات ژاپنی اعلام کرده
است که احتمالا بتواند به درک شفاف‌تری از رفتار آب محدود شده درون حفره
نانولوله‌های کربنی برسد.

این تیم تحقیقاتی که از دانشگاه‌های متروپولیتن، ناگویا، آژانس علم و
فناوری ژاپن و موسسه ملی علم و فناوری صنعتی پیشرفته تشکیل شده است، نتایج
کار خود را در نشریه Journal of Chemical Physics به چاپ رسانده است. هرچند
که نانولوله‌های کربنی از ورقه‌های گرافنی آبگریز تشکیل شده است، نتایج
آزمایشات نشان می‌دهد که آب قادر است درون نانولوله‌هایی که یک سر آنها باز
است قرار بگیرد.

این کشف به ما درک عمیق‌تری از خواص آب محدود شده درون حفره نانولوله کربنی
تک جداره می‌دهد. این مسئله یکی از کلیدهای توسعه علم نانو در آینده است.
پیش بینی می‌شود که آب محدود شده درون نانولوله‌های کربنی درها را برای
توسعه حوزه‌های دیگر نظیر سیستم‌های نانوفیلتراسیون، نانولایه‌های مولکولی،
پمپ‌های آب مولکولی، سلول‌های انرژی‌ساز نانومقیاس و حتی ادوات فروالکتریک
نانومقیاس باز کند.

یوتاکا مانیوا، از دپارتمان فیزیک دانشگاه متروپولیتن، می‌گوید مواد وقتی
در مقیاس نانو محدود می‌شوند از خود خواص غیرمعمولی نشان می‌دهند که این
مسئله به دلیل “اثر نانومحدودیت” است. این اثر در زمین شناسی موجب می‌شود
تا مواد معدنی رسی متورم شوند. ما این اثر را روی آبی مطالعه کردیم که درون
نانولوله‌های کربنی قرار گرفته بود.

 
این مولکول‌های آب که در محدوده ۱٫۶۸ تا
۲٫۴۰ نانومتری هستند در اثر کاهش دما، دچار انتقال نوع تر-خشک می‌شوند.
علاوه‌براین، محققان دریافتند که وقتی نانولوله‌کربنی تک‌جداره، باریک
می‌شود آب درون نانولوله‌ها به شکل لوله‌ای یخ می‌زند که این شکل تاکنون در
یخ‌های توده‌ای مشاهده نشده است. همچنین با کاهش قطر نانولوله کربنی، دمای
ذوب یخ افزایش می‌یابد که این مغایر رفتار آب توده‌ای درون ستونی با قطر
بزرگ است. در واقع یخ لوله‌ای درون نانولوله کربنی تک جداره، در دمای اتاق
تشکیل می‌شود.

پژوهشگران این مطالعه را روی نانولوله‌هایی با قطر بزرگتر، تا ۲٫۴۰
نانومتر، بسط دادند و موفق شدند که رفتار فازی جهانی آب را مشاهده کنند.
نتایج این تحقیق در درک بهتر علوم پایه کمک شایانی می‌کند، زیرا آب محدود
شده نقش بسیار مهمی در همه جا از جمله بدن انسان ایفا می‌کند. همچنین درک
این اثر به تولید ادوات جدید نظیر نانوفیلتراسیون کمک می‌کند.