يؤدي ازدحام المرور الجزيئي إلى تحرك الماء بشكل أسرع عبر الأنابيب النانوية

كشفت دراسة حديثة أجراها علماء من جامعة نورث وسترن، أن جزيئات الماء التي تتحرك عبر أنابيب رفيعة من أنابيب الكربون النانوية لا تتدفق بشكل مستمر ولكن بطريقة مجزأة، تشبه حركة السيارة التي تتحرك وتتوقف بالتناوب

كشفت دراسة حديثة أجراها علماء من جامعة نورث وسترن، أن جزيئات الماء التي تتحرك عبر أنابيب رفيعة من أنابيب الكربون النانوية لا تتدفق بشكل مستمر ولكن بطريقة مجزأة، تشبه حركة السيارة التي تتحرك وتتوقف بالتناوب.

"أظهرت عمليات المحاكاة السابقة للديناميكيات الجزيئية أن جزيئات الماء التي تتحرك عبر أنابيب الكربون النانوية تنفصل عن بعضها البعض على فترات منتظمة وتتقدم بطريقة "المسيرة المقفلة" (شكل من أشكال المسيرة يكون فيها الجنود قريبين من بعضهم البعض بحيث تكون خطوات قال سيث ليختر، أستاذ الهندسة الميكانيكية في كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة نورث وسترن: “كل جندي يتطابق تمامًا مع خطوات الجندي الذي أمامه”. "ومع ذلك، يُظهر نموذجنا أن جزيئات الماء تتقدم فعليًا بطريقة مجزأة، مما يسمح لها، بشكل مدهش للغاية، بالوصول إلى معدلات تدفق عالية تبلغ 10 مليارات جزيء في الثانية، أو حتى أعلى". ونُشر البحث في المجلة العلمية Physical Review Letters.

قد تقدم النتائج حلاً للصعوبات التي واجهها الخبراء في مجال ديناميكيات الموائع لسنوات عديدة. في عام 2005، توصل الباحثون - الذين كانوا يعملون على افتراض أن جزيئات الماء تتحرك عبر القنوات بتدفق مستمر - إلى اكتشاف مدهش: جزيئات الماء في أنابيب الكربون النانوية تتحرك بسرعة 10,000 مرة أسرع مما كان متوقعا. تُعزى هذه الظاهرة إلى الطبيعة الزلقة المفترضة لسطح أنابيب الكربون النانوية، ومع ذلك، كشفت تجارب أخرى عن الدور غير المتوقع إلى حد ما لسطحها الداخلي الخشن.

أجرى الباحثون عمليات محاكاة جديدة ذات دقة زمنية أعلى وأظهرت تغيرات محلية في توزيع جزيئات الماء على طول الأنبوب النانوي. حدثت هذه التغييرات في الحالات التي لم تكن فيها جزيئات الماء في وضعها المثالي بالنسبة للمسافات بين ذرات الكربون المختلفة، مما أدى إلى خلق مناطق تكون فيها جزيئات الماء غير مستقرة وتتحرك بسرعة وسهولة على طول الأنبوب النانوي.

توجد القنوات النانوية في جميع خلايانا، حيث تكون مسؤولة عن تنظيم تدفق السوائل داخل وخارج أغشية الخلايا. تتمتع هياكل القنوات النانوية أيضًا بتطبيقات صناعية واعدة لتحلية المياه. إن استخدام مبادئ ديناميكيات الموائع التي تم الكشف عنها للتو يمكن أن يحسن تطبيقات أخرى، مثل: عمليات الفصل الكيميائي، والبطاريات التي تعمل على أساس أنابيب الكربون النانوية، بالإضافة إلى إنتاج النقاط الكمومية والبلورات النانوية لاستخدامها في صناعة الإلكترونيات.
أخبار الدراسة

رابط لهذه المادة