Pētnieki atklājuši neierastu veidu, kā kontrolēt ūdens īpašības. Balstoties uz starpdisciplināras zinātnieku un inženieru komandas iegūtajiem rezultātiem, zinātnieki varētu būt spējīgi sasaldēt ūdeni, nevis to atdzesējot, bet ierobežojot šaurā telpas apgabalā, kura platums ir mazāks par miljono daļu milimetra.
Tas ir vairāk nekā fantastisks paņēmiens – dziļāka izpratne par plānu ūdens kārtiņu uzvedību nanometriskos mērogos varētu pavērt jaunas iespējas farmācijā, jaunu enerģijas avotu izveidē un pašattīrošu virsmu tehnoloģijas attīstībā.
Ūdenim piemīt unikālas fizikālas īpašības, piemēram, liela siltumietilpība un tas, ka sasaldētā stāvoklī tam ir mazāks blīvums. Ūdens īpašības makroskopiskos izmēros pētījuši ļoti daudzi, un šobrīd tās ir ļoti labi izzinātas. Taču par ūdens fizikālajām īpašībām un fāžu pāreju nanometriskos izmēros šobrīd ir zināms ļoti maz. Šā pētījuma mērķis bija attīstīt ideju, ka fāžu pārejas ir iespējams kontrolēt, ierobežojot substanci noteiktā telpas apgabalā, kā arī izmantojot mijiedarbību ar dažādām virsmām. Šis atklājums ir tikai daļa no šobrīd notiekoša pētījuma, kurā zinātnieki mēģina izpētīt, kā nanometriska izmēra telpas apgabalos uzvedas uz ūdens bāzēti šķīdumi, tostarp tādi, kas satur biomolekulas. Zinātnieki izpētē izmanto datoru, lai simulētu ūdens molekulu kustību starp divām hipotētiskām platēm. Simulētajā ainā plates ir ļoti hidrofobas, tas nozīmē, ka tās atgrūž ūdeni vairāk nekā augu lapu virsma.
Kad attālums starp platēm tika samazināts apmēram līdz 3 molekulu izmēram, simulācija atklāja iepriekš nezināmu ūdens fāzi, kura sastāvēja no kustoša ūdens slāņa, kas ir ierobežots starp diviem ledus slāņiem, kuri attiecīgi atrodas pie savām platēm. Katrs slānis bija vienu molekulu biezs un simulētajā vidē pastāvēja istabas temperatūrā.
„Ledus sendviča” fāze izveidotajā simulācijā eksistēja apmēram divas nanosekundes. Balstoties uz dažādiem standartiem, tas ir liels periods, kas norāda, ka šī fāze varētu pastāvēt bezgalīgi ilgi, ja fizikālie apstākļi tiktu uzturēti stabili. Novērojums, ka trīs slāņu sistēma, kura sastāv no diviem sasalušiem slāņiem un viena šķidra slāņa, var eksistēt līdzsvara stāvoklī stipri ierobežotas telpas apgabala dēļ, ir ļoti aizraujošs. Šim atklājumam ir arī daudz iespējamo lietojumu, kā vienu varētu minēt ūdeņraža degvielas elementu, kurš ir daudzsološs transporta līdzekļu enerģijas avots, kas ražos elektrību, dzenot ūdeņraža jonus gar membrānu, kurā savukārt atradīsies nanometriska izmēra kanālos ieslēgts ūdens. Šis ir ļoti labs piemērs, kā var izmantot zināšanas par procesiem, kas notiek molekulāros līmeņos, lai dzīvē tos praktiski lietotu.
Šādi pētījumi dod jaunas zināšanas par dažādu virsmu ietekmi uz tīra ūdens un šķīdumu īpašībām. Šīs zināšanas kādu dienu varētu tikt izmantotas jaunas separācijas tehnikas attīstībā, ko varētu lietot biodegvielas ražošanā. Viena no problēmām, kas ar to saistīta, ir, ka, pirmo reizi no augiem iegūstot etanolu, tas satur ūdeni. Ja izdosies izveidot virsmu, kas uz etanolu un ūdeni iedarbojas atšķirīgi, tas varētu attīstīt jaunu tehniku, kas etanolu atdala no ūdens. Avots: Fizmati.lv / 03. marts (2009) 08:12
|
