ข้อมูลของเครื่องทำน้ำอุ่น

แต่ตอนนี้ ทีมงานของ MIT ได้พบชุดของการเปลี่ยนแปลงที่คาดไม่ถึง: ภายในช่องว่างที่เล็กที่สุด -- ในท่อนาโนคาร์บอนที่มีขนาดภายในไม่ใหญ่ไปกว่าโมเลกุลของน้ำมากนัก -- น้ำสามารถแข็งตัวได้แม้ในอุณหภูมิที่สูง ปกติตั้งไฟเดือด การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าแม้แต่วัสดุที่คุ้นเคยก็สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมได้อย่างมากเมื่อติดอยู่ภายในโครงสร้างที่วัดเป็นนาโนเมตรหรือหนึ่งในพันล้านเมตร และการค้นพบนี้อาจนำไปสู่การใช้งานใหม่ เช่น สายไฟที่เต็มไปด้วยน้ำแข็ง ซึ่งใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ของน้ำแข็งในขณะที่ยังคงความเสถียรที่อุณหภูมิห้อง ผลลัพธ์ได้รับการรายงานในวารสารNature Nanotechnologyในบทความโดย Michael Strano ศาสตราจารย์ Carbon P. Dubbs สาขาวิศวกรรมเคมีที่ MIT; postdoc Kumar Agrawal; และอีกสามคน Strano กล่าวว่า "ถ้าคุณจำกัดของไหลให้อยู่ในโพรงระดับนาโน คุณก็สามารถบิดเบือนพฤติกรรมของเฟสได้" Strano กล่าวโดยอ้างถึงวิธีการและเวลาที่สารเปลี่ยนแปลงระหว่างเฟสของแข็ง ของเหลว และก๊าซ คาดว่าจะเกิดผลกระทบดังกล่าว แต่การเปลี่ยนแปลงขนาดมหึมาและทิศทางของมัน (เพิ่มขึ้นแทนที่จะลดจุดเยือกแข็ง) เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจอย่างยิ่ง ในการทดสอบครั้งหนึ่งของทีม น้ำแข็งตัวที่อุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียสหรือมากกว่านั้น (อุณหภูมิที่แน่นอนระบุได้ยาก แต่ 105 C ถือเป็นค่าต่ำสุดในการทดสอบนี้ เครื่องทำน้ำอุ่น อุณหภูมิจริงอาจสูงถึง 151 C) Strano กล่าวว่า "ผลกระทบนั้นยิ่งใหญ่กว่าที่ใคร ๆ คาดคิดไว้ ปรากฎว่าการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของน้ำภายในท่อนาโนคาร์บอนขนาดเล็ก -- โครงสร้างรูปร่างของหลอดโซดา ซึ่งทำจากอะตอมของคาร์บอนทั้งหมด แต่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่นาโนเมตร -- ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางที่แน่นอนของท่อเป็นสำคัญ Strano กล่าวว่า "นี่เป็นท่อที่เล็กที่สุดที่คุณนึกถึง" ในการทดลอง ท่อนาโนถูกเปิดทิ้งไว้ที่ปลายทั้งสองข้าง โดยมีที่เก็บน้ำอยู่ที่แต่ละช่องเปิด แม้แต่ความแตกต่างระหว่างท่อนาโนขนาด 1.05 นาโนเมตรและ 1.06 นาโนเมตรก็สร้างความแตกต่างหลายสิบองศาในจุดเยือกแข็งที่ปรากฏ ความแตกต่างอย่างสุดโต่งเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงอย่างสิ้นเชิง Strano กล่าวว่า "การเดิมพันทั้งหมดจะปิดลงเมื่อคุณมีขนาดเล็กมาก "มันเป็นพื้นที่ที่ยังไม่ได้สำรวจจริงๆ" ในความพยายามก่อนหน้านี้เพื่อทำความเข้าใจว่าน้ำและของเหลวอื่น ๆ จะทำงานอย่างไรเมื่อถูกจำกัดในพื้นที่ขนาดเล็กเช่นนี้ "มีการจำลองบางอย่างที่แสดงผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันอย่างมาก" เขากล่าว เหตุผลส่วนหนึ่งคือหลายทีมไม่สามารถวัดขนาดที่แน่นอนของท่อนาโนคาร์บอนได้อย่างแม่นยำ โดยไม่ได้ตระหนักว่าความแตกต่างเล็กน้อยดังกล่าวอาจให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันได้ อันที่จริง เป็นเรื่องน่าแปลกใจที่น้ำสามารถเข้าไปในท่อเล็กๆ เหล่านี้ได้ตั้งแต่แรก Strano กล่าวว่า ท่อนาโนคาร์บอนถูกคิดว่าไม่ชอบน้ำหรือกันน้ำ ดังนั้นโมเลกุลของน้ำน่าจะเข้าไปข้างในได้ยาก ข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาได้เข้ามายังคงเป็นเรื่องลึกลับเล็กน้อย เขากล่าว Strano และทีมงานของเขาใช้ระบบภาพที่มีความไวสูงโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าเครื่องสเปกโทรสโกปีแบบสั่น ซึ่งสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของน้ำภายในท่อนาโนได้ จึงทำให้พฤติกรรมของมันขึ้นอยู่กับการวัดโดยละเอียดเป็นครั้งแรก ทีมงานสามารถตรวจจับได้ไม่เพียงแค่การมีอยู่ของน้ำในท่อเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระยะของน้ำด้วย เขากล่าว: "เราสามารถบอกได้ว่ามันเป็นไอหรือของเหลว และเราสามารถบอกได้ว่ามันอยู่ในช่วงแข็งตัว" ในขณะที่น้ำเข้าสู่สถานะของแข็งอย่างแน่นอน ทีมงานหลีกเลี่ยงการเรียกมันว่า "น้ำแข็ง" เพราะคำนั้นหมายถึงโครงสร้างผลึกชนิดหนึ่ง ซึ่งพวกเขายังไม่สามารถสรุปได้ว่ามีอยู่จริงในพื้นที่จำกัดเหล่านี้ Strano กล่าวว่า "ไม่จำเป็นต้องเป็นน้ำแข็ง แต่เป็นระยะที่เหมือนน้ำแข็ง" เนื่องจากน้ำที่เป็นของแข็งนี้ไม่ละลายจนกว่าจะถึงจุดเดือดของน้ำปกติ มันจึงควรคงสภาพคงที่อย่างสมบูรณ์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิห้อง นั่นทำให้มันเป็นวัสดุที่มีประโยชน์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เขากล่าว ตัวอย่างเช่น ควรเป็นไปได้ที่จะสร้าง "ลวดน้ำแข็ง" ซึ่งเป็นหนึ่งในตัวพาโปรตอนที่ดีที่สุด เนื่องจากน้ำนำโปรตอนได้ง่ายกว่าวัสดุนำไฟฟ้าทั่วไปอย่างน้อย 10 เท่า "สิ่งนี้ทำให้เรามีสายไฟที่เสถียรมากในอุณหภูมิห้อง" เขากล่าว