วิศวกรสหรัฐฯ ทำลายสถิติลดจุดเยือกแข็ง ชี้หยดน้ำจิ๋วบนพื้นผิวนิ่มแข็งตัวที่ -44 องศาเซลเซียส
ที่มาของภาพ, Getty Images
หากหยดน้ำขนาดเล็กเกาะบนพื้นผิวที่นิ่มแบบเจล มันจะยังคงสภาพของเหลวได้ แม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง
เป็นที่ทราบกันดีว่าจุดเยือกแข็งของน้ำอยู่ที่ 0 องศาเซลเซียส แต่ก็มีนักวิทยาศาสตร์ที่ใช้เทคนิคต่าง ๆ ทำให้น้ำคงสภาพเป็นของเหลวอยู่ได้ไม่แข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่านั้นมาแล้ว ล่าสุดทีมวิศวกรเครื่องกลจากมหาวิทยาลัยฮิวสตันของสหรัฐฯ ค้นพบวิธีลดจุดเยือกแข็งของน้ำให้ต่ำลงไปได้อีก จนทำลายสถิติที่อุณหภูมิ -44 องศาเซลเซียส
ก่อนหน้านี้มีผู้ทำให้จุดเยือกแข็งของน้ำลดลงมาได้ถึง -38 องศาเซลเซียส แต่การทดลองล่าสุดซึ่งเพิ่งจะตีพิมพ์รายละเอียดลงในวารสาร Nature Communications ฉบับวันที่ 30 พ.ย.ที่ผ่านมา ระบุว่าทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยฮิวสตันได้ค้นพบเทคนิคใหม่ในการลดจุดเยือกแข็ง โดยใช้หยดน้ำเล็กจิ๋วขนาดเพียงไม่กี่นาโนเมตร เกาะตัวบนพื้นผิวที่อ่อนนิ่มคล้ายเจล ซึ่งวิธีนี้จะทำให้หยดน้ำคงสภาพของเหลวในอุณหภูมิที่ต่ำอย่างสุดขั้วได้
ศาสตราจารย์ ฮาดี กาเซมี หนึ่งในทีมผู้วิจัยอธิบายว่า พวกเขาใช้วิธีดังกล่าวทดสอบกับหยดน้ำจิ๋วหลายขนาด จนพบว่าหยดน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 2 นาโนเมตร หรือเทียบเท่ากับกลุ่มของโมเลกุลน้ำ 275 โมเลกุล สามารถคงสภาพเป็นของเหลวอยู่ได้แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำมาก หากมันได้เกาะตัวกับพื้นผิวที่อ่อนนิ่ม หรือถูกปกคลุมด้วยวัสดุที่มีพื้นผิวลักษณะนี้
ทีมของ ศ. กาเซมี ใช้รูเล็ก ๆ ในแผ่นเยื่ออลูมิเนียมออกไซด์เป็นที่ยึดเกาะของหยดน้ำจิ๋ว จากนั้นใช้ออกเทน (octane) ซึ่งเป็นน้ำมันชนิดหนึ่งห่อหุ้มหยดน้ำไว้ วิธีนี้ทำให้หยดน้ำยังคงเป็นทรงกลมแม้อยู่ในภาวะที่มีแรงดันเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นเงื่อนไขสำคัญที่ทำให้มันไม่แข็งตัวแม้อุณหภูมิจะลดต่ำลงเรื่อย ๆ
ที่มาของภาพ, Getty Images
น้ำแข็งในทะเลสาบแห่งหนึ่งของรัสเซีย
เนื่องจากการทดลองนี้มีขนาดเล็กมาก จนไม่อาจสังเกตได้ด้วยตาเปล่าว่าหยดน้ำจิ๋วกลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิเท่าใด ทีมผู้วิจัยจึงต้องใช้รังสีอินฟราเรดวัดค่าการนำไฟฟ้าของมันแทน เพราะน้ำแข็งนั้นจะนำไฟฟ้าได้ดีกว่าน้ำที่เป็นของเหลว
ความรู้ใหม่ที่ได้จากการทดลองครั้งนี้ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย ตั้งแต่การออกแบบอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่จะทำงานได้ดีขึ้นหรือมีความปลอดภัยมากขึ้นหากไม่ถูกน้ำแข็งเกาะ เช่นอุปกรณ์การบินบางชนิดหรือระบบพลังงานของเครื่องยนต์ต่าง ๆ
นอกจากนี้ ความรู้ในเรื่องการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ ยังอาจนำไปพัฒนาเทคนิคการแช่เยือกแข็ง (cryogenic freezing) ให้เก็บรักษาเซลล์สิ่งมีชีวิตได้ในอุณหภูมิต่ำมาก โดยไม่ถูกผลึกน้ำแข็งทำลาย ทั้งยังอาจช่วยให้เข้าใจกลไกการจำศีลของสัตว์ในภาวะเยือกแข็งได้ดียิ่งขึ้น
