هیدروژن در مقیاس نانو به ابرسیال تبدیل شد
به گزارش کوتاه کننده لینک، محققان دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC) و همکارانشان در ژاپن برای اولین بار به موفقیت رسیدند خصوصیت ابرسیالیت را در خوشه های نانومقیاس هیدروژن در دمای پایین مشاهده کنند.
به گزارش کوتاه کننده لینک به نقل از مهر، این یافته، پیشبینی 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 بعنوان 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 گونه اصطکاکی عبور کند. این پدیده بعدها در بعضی گازهای اتمی هم مشاهده شد.
در سال ۱۹۷۲، دکتر ویتالی گینزبورگ (Vitaly Ginzburg)، برنده ی جایزه نوبل فیزیک، این فرضیه را بیان کرد که هیدروژن مایع هم می تواند یک ابرسیال باشد. با این وجود، تاکنون دانشمندان نتوانسته بودند این فرضیه را به صورت 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.
پیش 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، بعنوان سوختی پاک، باشد.»
برخلاف هلیوم، مطالعه ی هیدروژن در حالت مایع بسیار دشوار است، چونکه در دمای ۲۵۹- درجه ی سانتی گراد به صورت طبیعی به حالت جامد در می آید. اما تیم پژوهشی دکتر موموزه با بهره گیری از نانوقطره های هلیوم بعنوان 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 شیوه 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 اینست که محیط اطراف آن (هیدروژن) به حالت ابرسیال درآمده است. نتایج آزمایش ها نشان داد که زمانیکه 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 کاملا با داده های تجربی ما مطابقت داشت.» هیدروژن یکی از اصلی ترین گزینه های سوخت پاک است، چونکه 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 بهره وری بالاتر در صنعت انرژی های تجدیدپذیر شود. این پژوهش، نه تنها یک پیشبینی ۵۰ ساله را به حقیقت تبدیل کرد، بلکه پنجره ای جدید به سمت درک بهتر پدیده های کوانتومی و کاربردهای عملی آن در فناوری های آینده گشود.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان gph در مورد این مطلب