פקק תנועה מולקולארי גורם למים לנוע מהר יותר דרך ננו צינורות

מחקר עדכני שנערך ע”י מדענים מאוניברסיטת נורת’ווסטרן חשף כי מולקולות מים הנעות דרך צינורות דקים של ננו-שפופרות פחמן אינן זורמות באופן רציף אלא באופן מקוטע, בדומה לתנועתו של רכב הנע ועוצר לסירוגין

מחקר עדכני שנערך ע”י מדענים מאוניברסיטת נורת’ווסטרן חשף כי מולקולות מים הנעות דרך צינורות דקים של ננו-שפופרות פחמן אינן זורמות באופן רציף אלא באופן מקוטע, בדומה לתנועתו של רכב הנע ועוצר לסירוגין.

“הדמיות קודמות של דינמיקה מולקולארית הראו כי מולקולות מים הנעות דרך ננו-שפופרות פחמן מופרדות אחת מהשנייה במרווחים אחידים ומתקדמות באופן של “צעידה נעולה” (צורת צעידה בסך בה החיילים צמודים זה לזה כך שצעדיו של כל חייל תואמים במדויק את צעדי החייל שלפניו),” אמרSeth Lichter, פרופסור להנדסה מכאנית בביה”ס להנדסה ולמדע יישומי באוניברסיטת נורת’ווסטרן. “אולם, המודל שלנו מראה כי מולקולות המים למעשה מתקדמות באופן מקוטע, מה שמאפשר להן, באופן די מפתיע, להגיע לקצבי זרימה גבוהים של 10 מיליארדי מולקולות לשנייה, או אף למעלה מזה.” המחקר התפרסם בכתב-העת המדעי Physical Review Letters.

הממצאים עשויים להביא פתרון לקשיים בהם נאבקו מומחים בתחום של דינמיקת נוזלים מזה שנים רבות. בשנת 2005, חוקרים – אשר עבדו תחת ההנחה כי מולקולות מים נעות דרך תעלות בזרימה קבועה – חשפו תגלית מפתיעה: מולקולות המים בננו-שפופרות פחמן נעות פי 10,000 מהר יותר מאשר היה צפוי. התופעה יוחסה לאופי החלקלק המשוער של פני השטח של ננו-שפופרות הפחמן, אולם, ניסויים נוספים חשפו דווקא את התפקיד שהיה מנוגד להיגיון של פני השטח הפנימיים המחוספסים שלהם.

החוקרים ערכו הדמיות חדשות שהיו בעלות הפרדת זמנים גבוהה יותר ואשר הראו שינויים מקומיים בהתפלגות של מולקולות המים לאורך ננו-השפופרת. שינויים אלו התרחשו במקרים בהם מולקולות המים לא נמצאו במיקום המושלם ביחס למרווחים שבין אטומי הפחמן השונים, מה שיצר אזורים שבהם מולקולות המים בלתי-יציבות ונעות במהירות ובקלות לאורך ננו-השפופרת.

ננו-תעלות נמצאות בכל התאים שלנו, שם הן אחראיות לוויסות זרימת הנוזלים הנכנסים והיוצאים דרך קרומי התאים. מבנים של ננו-תעלות הם גם בעלי יישומים תעשייתיים מבטיחים להתפלת מים. השימוש בעקרונות דינמיקת הנוזלים שנחשפו זה עתה יוכלו לשפר יישומים אחרים, כגון: הפרדות כימיות, סוללות המופעלות על בסיס ננו-שפופרות פחמן, וכן את הייצור של נקודות קוונטיות וננו-גבישים לשימוש בתעשיית האלקטרוניקה.
הידיעה על המחקר

קישורית למאמר