Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Nghiên cứu hành vi của các phân tử nước hướng tới phát triển thiết bị điện tử mới (04/01/2018)

Một kỹ thuật phân tích và đánh giá độ nhớt của nước mới được phát triển cho thấy những nhận thức mới về hành vi của các phân tử nước cũng như mở ra một con đường hướng đến khả năng phát triển các thiết bị điện tử hoạt động dựa trên chất lỏng.

Hình ảnh minh họa.

Nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Phòng Thí nghiệm quốc gia về Năng lượng Oak Ridge (ORNL) đã sử dụng kỹ thuật tán xạ tia X có độ phân giải cao để đo một liên kết chặt chẽ trong đó, nguyên tử hiđrô nằm giữa hai nguyên tử oxy. Liên kết hiđrô này là một hiện tượng cơ lượng tử quyết định các tính chất khác nhau của nước, trong đó có độ nhớt, nó cũng xác định khả năng chịu nước hoặc thay đổi hình dạng của chất lỏng.

Chúng ta đều biết rằng nước là nguồn tài nguyên quan trọng, dồi dào nhất trên trái đất, tuy nhiên, cho đến nay, hành vi của nước ở cấp độ phân tử lại chưa được nhận thức rõ ràng.

Takeshi Egami, nhà khoa học nổi tiếng thuộc trường Đại học Tennessee, ORNL, cho biết: "Mặc dù chúng ta đã có vốn hiểu biết nhất định về nước cũng như tầm quan trọng của nó thì nước vẫn luôn là một hợp chất hóa học cần phải được nghiên cứu sâu hơn để từ đó, mở ra những tiềm năng to lớn, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ thông tin và năng lượng”. 

Công trình nghiên cứu của Egami cùng các cộng sự được giới thiệu trên tạp chí Science Advances, chỉ ra rằng: khả năng thăm dò, chứng minh được tính động lực học theo thời gian thực của các phân tử nước và nhiều loại chất lỏng khác là hoàn toàn có thể thực hiện được. Những nghiên cứu trước đây đã cung cấp nhiều bức ảnh chụp cấu trúc nguyên tử của các phân tử nước, nhưng cách thức di chuyển của chúng vẫn luôn là một ẩn số khó đoán.

"Liên kết hiđrô có tác động đáng kể đến mức độ tương quan động lực học giữa các phân tử nước khi chúng di chuyển qua không gian và thời gian. Tuy nhiên, cho đến nay, các cơ sở dữ liệu được cung cấp thông qua sử dụng kỹ thuật quang phổ laze quang học chỉ mang lại kết quả rất chung chung hoặc"mơ hồ "với mức độ đặc trưng chưa rõ ràng", Egami chia sẻ.

Để làm rõ nghiên cứu, nhóm ORNL đã áp dụng kỹ thuật tia X tiên tiến - được gọi là kỹ thuật tán xạ tia X không đàn hồi - để xác định chuyển động của các phân tử nước. Các nhà khoa học cho biết họ không hề ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng động lực học của liên kết oxy-oxy giữa các phân tử nước không ổn định nhưng có tính phối hợp vô cùng hiệu quả. Khi liên kết giữa các phân tử nước bị gián đoạn, các liên kết hiđrô mạnh sẽ phát huy hoạt động nhằm duy trì môi trường ổn định trong một khoảng thời gian nhất định.

Egami cho biết: "Chúng tôi nhận thấy rằng chính khoảng thời gian cần thiết để một phân tử nước thay đổi “phân tử hàng xóm” (phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác) sẽ quyết định độ nhớt của nước”. Các nhà khoa học tin rằng khám phá mới của họ sẽ góp phần khuyến khích việc thực hiện các nghiên cứu tiếp theo nhằm xem xét khả năng kiểm soát độ nhớt của các loại chất lỏng khác.

Egami khẳng định ông xem công trình nghiên cứu hiện tại như một bước đệm để tiến tới thực hiện những nghiên cứu sâu rộng hơn nhằm mục đích cải thiện kỹ thuật tán xạ nơtron tại Hệ thống phá vỡ nơtron, ORNL, nhằm xác định kỹ hơn nguồn gốc, căn nguyên của tính nhớt cũng như các tính chất động lực học khác của chất lỏng.

Phương pháp tiếp cận mới của nhóm nghiên cứu cũng có thể được sử dụng để mô tả hành vi của phân tử và cũng như đánh giá độ nhớt của chất lỏng ion, nước muối và các chất lỏng khác, từ đó, đem lại hy vọng về khả năng phát triển các loại thiết bị bán dẫn mới có lớp cách điện chất lỏng, pin tốt hơn và chất bôi trơn được cải thiện.

Nguồn: P.K.L (NASATI),

Cập nhật: 03/01/2018