فدراسیون سرآمدان علمی ایران | اخبار | اندازه‌گیریِ تجربی و دقیقِ ثابت دی‌الکتریکِ آبِ محدود‌شده
متن خبر

تاریخ خبر : ۱۳۹۷/۰۵/۰۲

تعداد بازدید : ۶۹۶

تعداد رای : ۵

اندازه‌گیریِ تجربی و دقیقِ ثابت دی‌الکتریکِ آبِ محدود‌شده

علی اسفندیار عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شریف با انجام یک طرح تحقیقاتی مشترک با محقق برجسته دانشگاه منچستر انگلستان و برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 2010 (پروفسور آندره گایم) موفق شد ثابت دی‌الکتریکِ آبِ محدود‌شده را اندازه‌گیری کند و نتایج آن را در مجله‌ی Science به چاپ رساند.

قطبش پذیریِ الکتریکیِ آب‌های سطحی نشان دهنده‌‌ی قدرت نیروهای بین مولکولی در آب است که این ویژگی در پدیده‌هایی مانند هیدراسیون سطحی، حلالیت یونی، انتقال مولکولی از میان نانوتخلخل‌ها، واکنش‌های شیمیایی و ساماندهیِ ماکرومولکولی تاثیرگذار است. با اینکه ویژگی‌های دی‌الکتریک آب برای دهه‌های متمادی توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده، اما هنوز این خصوصیات به خوبی درک و آزمایش نشده است. مطالعات تجربی و تئوری نشان می‌دهد که در نزدیکیِ سطح، آب ساختار لایه‌ای به خود می‌گیرد؛ این مسئله نشان‌دهنده‌ی این است که احتمالا آب در شرایط محیطی فازهای منظم (یخ-مانند) تشکیل می‌دهد. به طور کلی انتظار می‌رود که ثابت دی‌الکتریک چنین آبی کوچک باشد اما به علت مشکلات و چالش‌های فراوان در اندازه‌گیریِ، ثابت دی‌اکتریک (ɛ) آب سطحی نامشخص مانده است.

مطالعات پیشین برای تعیین ɛ در آب‌های سطحی بر روی سیستم‌های بزرگ-مقیاسی مانند کریستال‌های نانومتخلخل و پودرهای زلوئیت انجام گرفته است. اما برای این اندازه‌گیری‌ها به پارامترهای تنظیم کننده نیاز است که این امر باعث می‌شود قابل اتکا بودن نتایج کم شود. روش دیگر اندازه‌گیری، استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی (MD) است که برای این شبیه‌سازی‌ها نیز نیاز به پیش‌فرض‌های مشخصی وجود دارد و از انجا که این شبیه‌سازی‌ها در پیش‌بینی ویژگی‌های دی‌الکتریک آب بالک ناتوانند باعث می‌شود تا در درستی نتایج آنها برای آب‌های سطحی تردید بوجود بیاید.

اما حالا، علی اسفندیار عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شریف با انجام یک طرح تحقیقاتی مشترک با محقق برجسته دانشگاه منچستر انگلستان و برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 2010 (پروفسور آندره گایم)، و همچنین پژوهشگرانی از کشورهای اسپانیا و ژاپن موفق به اندازه‌گیری این ثابت مهم شده، و نتایج این پژوهش در مجله‌ی Science چاپ شده است.

به گفته‌ی علی اسفندیاری: «در طرح حاضر ما با ساخت کانال‌های دوبعدی با ارتفاعی بین یک تا چندصد نانومتر توانستیم به‌صورت سیستماتیک تغییر ضریب دی‌الکتریک آب محدودشده بین دو کانال را با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکتروستاتیکی روبشی اندازه بگیریم.»

وی تشریح کرد: « همان‌طور که می‌دانیم اگر یک ماده عایق را بین دو صفحه رسانا (مثلا یک خازن) قرار دهیم، بسته به نوع و میزان همسو شدن دوقطبی‌های الکتریکی ماده‌ی عایقی که در میدان الکتریکی قرار گرفته است، می‌توان ضریب دی‌الکتریک آن را اندازه‌گیری کرد. ما نیز ساختاری شبیه به خازن اما در مقیاس نانو را ایجاد کرده و ضریب دی‌الکتریک آب محدودشده در فصل مشترک را اندازه گرفتیم. نتایج اندازه‌گیری‌های ما نشان داد که ضریب دی‌الکتریک می‌تواند از ۸۰ برای آب در حالت عادی به کمتر از ۳ برای آب محدود‌شده تقلیل یابد. علت این کاهش را می‌توان به محدودیت و عدم آزادی مولکول‌های آب در همسو شدن با میدان الکتریکی خارجی نسبت داد. این یافته می‌تواند رهیافتی جدید برای تجزیه تحلیل الکترولیت‌ها و سیالات یونی دیگر در فصول مشترک سیال- جامد ارائه نماید.»

 

برای مشاهده این مقاله، لینک مقاله را کلیک نمایید.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)