Bangunan Istana Pasir secara misterius telah dijelaskan oleh “persamaan Kelvin” selama 150 tahun akhirnya ilmu pengetahuan dipahami

Uap air dari udara ambien akan secara spontan mengembun di dalam bahan berlubang atau di antara permukaan yang bersentuhan. Namun, masalah yang ada di mana-mana dan penting ini masih kurang dipahami karena ketebalan lapisan cairan hanya beberapa molekul.

Para peneliti di The University of Manchester, dipimpin oleh peraih Nobel Andre Gaim – yang memenangkan Hadiah Nobel dalam Fisika 10 bulan lalu – bersama dengan Costa Novoselv, telah menjaga kapiler buatan cukup kecil agar uap air mengembun dalam kondisi lingkungan normal.

Judul studi Manchester adalah ‘Kondensasi kapiler di bawah penangkaran skala nuklir’ dan akan dipublikasikan di Nature. Mengapa penelitian ini memberikan solusi untuk teka-teki berusia satu setengah abad tentang kondensasi mikroskopis fundamental dalam beberapa tahun air tingkat molekuler, pada dasarnya fenomena mikroskopis, dapat dijelaskan secara rasional menggunakan persamaan makroskopik dan sifat makroskopis air curah. Apakah ini kebetulan atau hukum alam yang tersembunyi?

Singkatan kapiler, fenomena buku teks, ada di mana-mana di dunia sekitar kita, dan fitur penting seperti gesekan, adhesi, lengket, pelumasan, dan korosi sangat dipengaruhi oleh sintesis kapiler. Fenomena ini penting dalam banyak proses teknologi yang digunakan oleh mikroelektronika, farmasi, makanan, dan industri lainnya – dan bahkan istana pasir tidak dapat dibuat oleh anak-anak kecuali untuk sintesis kapiler.

Secara ilmiah, fenomena ini sering dijelaskan oleh persamaan Kelvin yang berusia 150 tahun, yang telah terbukti secara signifikan lebih akurat hingga seperseribu lebar rambut manusia, bahkan untuk kapiler sekecil 10 nanometer. Namun demikian, untuk kondensasi dengan kelembaban normal 30% sampai 50%, kapiler dengan ukuran sekitar 1 nm harus lebih kecil. Ini sebanding dengan diameter molekul air (sekitar 0,3 nm), sehingga hanya beberapa pasang yang dapat masuk di antara lapisan molekul air di dalam pori-pori yang bertanggung jawab atas efek yang sering terjadi.

Persamaan Makroskopis Kelvin tidak dapat dibenarkan untuk menggambarkan sifat-sifat yang terlibat dalam skala molekuler, dan pada kenyataannya hanya ada sedikit gagasan tentang persamaan pada skala ini. Misalnya, tidak mungkin untuk menentukan kelengkungan meniskus air, yang masuk ke persamaan, jika lebar meniskus hanya dua molekul. Oleh karena itu, persamaan Kelvin telah digunakan sebagai perspektif manusia yang buruk karena kurangnya deskripsi yang akurat. Kemajuan ilmiah telah terhambat oleh banyak masalah eksperimental dan terutama kekasaran permukaan yang membuatnya sulit untuk membuat dan mempelajari kapiler dengan pengukuran skala molekuler yang diperlukan.

Untuk membuat kapiler semacam itu, para peneliti Manchester secara ketat mengumpulkan kristal mika dan grafit yang berbentuk atom datar. Mereka menempatkan dua kristal seperti itu di atas satu sama lain dalam strip sempit Graphene, Atom lain ditempatkan di antara kristal tipis dan kristal datar. Strip berfungsi sebagai spacer dan bisa memiliki ketebalan yang berbeda. Perakitan trailer ini memungkinkan kapiler dengan ketinggian yang berbeda. Beberapa dari mereka hanyalah satu Atom Kapiler tertinggi, sekecil mungkin, dan hanya dapat menampung satu lapisan molekul air.

Eksperimen Manchester telah menunjukkan bahwa persamaan Kelvin dapat menggambarkan sintesis kapiler setidaknya secara kualitatif, bahkan pada kapiler terkecil. Hal ini tidak hanya mengejutkan tetapi juga bertentangan dengan harapan umum karena air mengubah sifat-sifatnya pada skala ini dan strukturnya menjadi khas dan berlapis.

“Itu mengejutkan. Saya mengharapkan kerusakan total dari fisika konvensional, ”kata Dr. Qian Young, penulis utama Nature Report. “Persamaan lama bekerja dengan baik. Selain sedikit frustrasi, akhirnya menarik untuk memecahkan misteri berusia berabad-abad.

“Jadi kita bisa rileks, efek dari semua sintesis ini dan semua properti yang terkait dengannya sekarang didukung oleh bukti yang lebih kuat daripada selangkangan bahwa ‘tampaknya berfungsi sehingga persamaan harus digunakan’.”

Peneliti Manchester berpendapat bahwa meskipun kesepakatan pencarian bersifat kualitatif, itu juga menguntungkan. Tekanan yang terlibat dalam sintesis kapiler di bawah kelembaban sekitar lebih dari 1000 kali lipat dari dasar laut dalam. Sebagai hasil dari tekanan tersebut, bentuk kapiler menyesuaikan bentuknya dengan sebagian kecil dari angstrom, yang hanya cukup untuk menyesuaikan bilangan bulat dari jumlah lapisan molekul di dalamnya. Penyesuaian mikroskopis ini memungkinkan persamaan Kelvin dipertahankan dengan lebih baik, sehingga menekan efek komersorbilitas.

Permainan itu berkata, “Teori yang bagus sering kali bekerja di luar penerapannya

“Lord Kelvin adalah seorang ilmuwan yang luar biasa, dia membuat banyak penemuan, bahkan dia pasti terkejut bahwa teorinya – pada dasarnya mempertimbangkan tabung berukuran milimeter – mengandung hingga skala satu atom. Bahkan, dalam makalah terakhirnya, Kelvin mengomentari ketidakmungkinan ini. Melakukan.

“Jadi, pekerjaan kami telah membuktikan dia benar dan salah pada saat yang bersamaan.”

Lord Kelvin

Sir William Thomson, kemudian Lord Kelvin (1824-1907) pertama kali menyebutkan persamaan terkenalnya dalam sebuah artikel yang diterbitkan pada tahun 1871 di majalah filosofis berjudul ‘Evaporation of Steam on a Curved Surface of Liquid’. Kontribusi penting Kelvin terhadap sains termasuk peran utama dalam pengembangan hukum kedua termodinamika; Skala suhu absolut (diukur dalam Calvin); Teori dinamis tentang panas; Analisis matematis kelistrikan dan kemagnetan, termasuk konsep dasar teori elektromagnetik cahaya; Pekerjaan dasar dengan hidrodinamika.

Referensi: “Kondensasi kapiler di bawah penangkaran skala atom” 9 Desember 2020, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2978-1

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ada lebih banyak genetika daripada DNA

Ahli biologi di Inggris dan Austria telah mengidentifikasi 71 gen baru pada tikus. Ahli biologi di Universitas Bath dan Wina telah menemukan 71 gen baru...

Untuk mencegah kelaparan, adaptasi iklim membutuhkan miliaran investasi tahunan tambahan

Investasi dalam penelitian pertanian, pengelolaan air, infrastruktur dapat mencegah pertumbuhan kelaparan yang disebabkan oleh iklim. Untuk mencegah dampak perubahan iklim pada tahun 2050, yang memaksa...

Teknologi Ultra Tipis Canggih untuk Merevolusi Penglihatan Malam – “Kami Membuat Yang Tak Terlihat Terlihat”

Dr. Rocio Camacho Morales mengatakan para peneliti membuatnya "tidak terlihat, terlihat." Kredit: Jamie Kidston, Universitas Nasional Australia Biar ringan! Film ultra-tipis suatu hari...

Maju dalam dekomposisi CO2 dengan efisiensi tinggi

ARA. 1: Metode sintesis fotokatalis tiga komponen baru. Sebuah nanotube karbon enkapsulasi molekul yodium direndam dalam larutan perak nitrat (AgNO3) berair untuk menghasilkan...

Satelit Terkemuka di Lautan – Copernicus Sentinel-6 – Hidup!

Copernicus Sentinel-6 menggunakan mode inovatif yang diselingi dengan altimeter radar frekuensi ganda Poseidon-4 (C- dan Ku-band), yang telah meningkatkan kinerja dibandingkan dengan desain altimeter...

Newsletter

Subscribe to stay updated.