هیدروژن در مقیاس نانو به ابرسیال تبدیل شد تأیید پیش بینی ۵۰ ساله
تعمیر تلفن: محققان دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC) و همکارانشان در ژاپن برای اولین بار توفیق یافتند خاصیت ابرسیالیت را در خوشه های نانومقیاس هیدروژن در دمای پایین ببینند.
به گزارش تعمیر تلفن به نقل از ایسنا، این یافته، پیش بینی را که نیم قرن پیش توسط فیزیکدان برنده ی نوبل، ویتالـی گینزبورگ، مطرح شده بود، تأیید می کند و می تواند تحولی در ذخیره سازی و حمل و نقل هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک بوجود آورد.
ابرسیالیت، مفهومی که اولین بار در سال ۱۹۳۶ در هلیوم کشف شد، حالتی است که در آن، مایع می تواند از میان باریک ترین کانال ها بدون هیچ نوع اصطکاکی عبور کند. این پدیده بعدها در بعضی گازهای اتمی نیز مشاهده شد.
در سال ۱۹۷۲، دکتر ویتالی گینزبورگ (Vitaly Ginzburg)، برنده ی جایزه نوبل فیزیک، این فرضیه را بیان کرد که هیدروژن مایع نیز می تواند یک ابرسیال باشد. با این وجود، تابحال دانشمندان نتوانسته بودند این فرضیه را بطور تجربی تأیید کنند. برای اولین بار، محققان نشان داده اند که خوشه های نانومقیاس هیدروژن در دماهای فوق العاده پایین می توانند به ابرسیال تبدیل شوند؛ وضعیتی کوانتومی که در آن، مایع بدون اصطکاک و ویسکوزیته جریان می یابد. قبل از این، چنین رفتاری فقط در هلیوم مشاهده شده بود. این پژوهش که توسط تیمی بین المللی از دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC)، مؤسسه RIKEN و دانشگاه کانازاوا (Kanazawa) انجام شده، در نشریه ی Science Advances انتشار یافته است.
دکتر تاکاماسا موموزه متخصص مولکول های سرد و نویسنده ی ارشد مقاله، می گوید: «این کشف درک ما از مایعات کوانتومی را عمیق تر می کند و می تواند الهام بخش روش های جدیدی برای ذخیره سازی و حمل و نقل کارآمدتر هیدروژن، به عنوان سوختی پاک، باشد.»
برخلاف هلیوم، مطالعه ی هیدروژن در حالت مایع بسیار دشوار است، برای اینکه در دمای ۲۵۹- درجه ی سانتی گراد بطور طبیعی به حالت جامد در می آید. اما تیم پژوهشی دکتر موموزه با بهره گیری از نانوقطره های هلیوم به عنوان محفظه ای فوق العاده سرد، توفیق یافتند خوشه های هیدروژن را در حالت مایع نگه دارند. آنها دمای محیط را تا ۲۷۲.۲۵- درجه ی سانتی گراد (۰.۴ کلوین) کاهش دادند و خوشه های نانومقیاس هیدروژن را درون این محفظه ها قرار دادند.
چگونه ابرسیالیت هیدروژن تأیید شد؟ برای آزمایش ابرسیالیت، محققان یک مولکول متان را درون خوشه های هیدروژن قرار دادند و آنرا با پالس های لیزری به چرخش درآوردند. این تکنیک مانند یک “قناری در معدن زغال سنگ” عمل می کند؛ به این معنا که اگر مولکول متان بتواند بدون هیچ مقاومتی سریع تر بچرخد، نشان دهنده ی این است که محیط اطراف آن (هیدروژن) به حالت ابرسیال درآمده است.
نتایج آزمایش ها نشان داد که زمانی که تعداد مولکول های هیدروژن در یک خوشه بین ۱۵ تا ۲۰ عدد باشد، مولکول متان بدون مقاومت می چرخد. این یافته، نشانه ای قطعی از ابرسیالیت در هیدروژن است.
دکتر هاتسوکی اوتانی که این پژوهش را در زمان دانشجویی دکترای خود در UBC انجام داده، می گوید: «وقتی برای اولین بار طیف واضح متان را در یک قطره ی کوچک از هیدروژن مایع مشاهده کردیم، بسیار هیجان زده شدیم. این نشانه ای قوی از ابرسیالیت هیدروژن بود. سپس نتایج نظری همکاران ما در دانشگاه کانازاوا بطورکامل با داده های تجربی ما مطابقت داشت.»
هیدروژن یکی از اصلی ترین گزینه های سوخت پاک است، برای اینکه در سلول های سوختی تنها محصول جانبی آن آب است. اما تاکنون، چالش های در رابطه با تولید، ذخیره سازی و حمل و نقل این گاز، زیرساخت های در رابطه با آنرا محدود کرده است.
کشف جریان بدون اصطکاک هیدروژن ابرسیال می تواند مسیر را برای تکنولوژیهای جدید ذخیره و انتقال هیدروژن هموار کند و منجر به راندمان بالاتر در صنعت انرژی های تجدیدپذیر شود.
این پژوهش، نه فقط یک پیش بینی ۵۰ ساله را به واقعیت تبدیل کرد، بلکه پنجره ای جدید به طرف درک بهتر پدیده های کوانتومی و کاربردهای عملی آن در فناوری های آینده گشود.
منبع: fixtel.ir
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب