تعیین محدودیت زمانی که آب یخ می‌زند
به گزارش پایگاه تحلیلی خبری رشد و توسعه، اگرچه این یکی از اسرار بزرگ علم است، تبدیل آب به یخ اغلب از ذهن مردم فرار می کند، زیرا تصور می شود این اتفاق می افتد. اما چگونگی و چرایی آن موضوع مورد بررسی دانشمندانی همانند هادی قاسمی، دانشیار مهندسی مکانیک کالن در دانشگاه هیوستون قرار گرفته است.
نقطه انجماد قطرات ریز آب نقش مهمی در بقای جانوران در محیط های سرد دارد زیرا قطره آب یخ زده در داخل سلول منجر به پاره شدن سلول و مرگ می شود.
قاسمی به منظور تماشای فرآیند تبلور آب به یخ در سطح مولکولی، بهترین نگاه را به این فرآیند ارائه می‌کند: تبدیل فاز آب به یخ تا قطر ۲ نانومتر (نانو متر).
بعد که قاسمی این ذرات ریز را بررسی کرد، کشف دیگری کرد. او می‌تواند محدودیت زمانی که آب یخ می‌زند را بشکند و قطرات کوچک را با قرار دادن آنها در تماس با رابط‌های نرم مانند ژل‌ها یا لیپیدها به صورت مایع حفظ کند.
ما دریافتیم که اگر یک قطره آب با یک رابط نرم در تماس باشد، دمای انجماد می تواند به طور قابل توجهی کمتر از سطوح سخت باشد. همچنین یک قطره چند نانومتری آب در صورت تماس با یک رابط نرم می تواند از یخ زدگی تا ۴۴- درجه سانتیگراد جلوگیری کند.
حد دمای انجماد یک قطره آب ۳۸- است. یعنی هر قطره آبی در دمایی بین ۰ تا ۳۸- درجه سانتیگراد یخ می زند. زیر این دما یخ زدن تا کنون اجتناب ناپذیر بوده است.
فرآیند انجماد چنین قطره‌ای آب نقش مهمی در بقای حیوانات در محیط‌های سرد بازی می‌کند، زیرا یک قطره آب یخ زده در داخل سلول منجر به پاره شدن سلول و مرگ می‌شود. این فرآیند همچنین نقشی کلیدی در پیش‌بینی آب و هوا، شرایط ابر، حفظ انجماد اندام‌ها و فن‌آوری‌های در معرض شرایط یخ‌زدگی مانند هواپیما و توربین‌های بادی دارد.
کاوش تجربی دمای انجماد چند قطره آب نانومتری یک چالش حل نشده بوده است. قاسمی گفت: در اینجا با مترولوژی های جدید توسعه یافته، توانسته ایم انجماد قطرات آب را از مقیاس میکرون تا ۲ نانومتر بررسی کنیم.
قاسمی پیش از این با استفاده از مفهوم جدیدی به نام محلی‌سازی استرس، ماده یخ دفعی را برای کاربردهای هوافضا ایجاد کرده بود. یافته های فعلی او به درک بیشتر پدیده های طبیعی کمک می کند و دستورالعمل هایی را برای طراحی بیشتر سیستم های ضد یخ برای هوانوردی، انرژی باد و زیرساخت ها و حتی سیستم های انجماد ارائه می دهد.
