Hepimize okulda suyun 0°C’da donduğu öğretilir fakat suyun donması hiç de öyle göründüğü kadar basit bir olay değildir. Houston Üniversitesi’nden bilim insanlarının yaptığı yeni deneylerde, küçük su damlacıklarının özellikle yumuşak yüzeylerde -44 °C’ye kadar halen sıvı halde kalabildiği gösterildi.
Aslen suyun değişmez bir donma noktası var denilemez, daha çok su moleküllerinin donmaya başladığı bir başlama noktası var denilebilir. İlk moleküller yüzeyde soğuk havaya maruz kalarak değişmeye başlar, sonrasında oluşan buz kristalleri komşu molekülleri de tetikleyerek onların da donmasını sağlar. Bu proses suyun kütlesi bütünüyle donana kadar devam eder.
Alınan herhangi bir su damlası 0 °C ila -38 °C arasında bir yerde donar. Fakat yeni araştırmada minik damlacıklar -44 °C dereceye kadar donmadan soğutulabildi.
Araştırma ekibine göre işin püf noktası suyun temas ettiği yüzeyde saklı. Buz kristalleri sert yüzeylerde daha kolay donarken, yağ veya jel gibi yüzeylerde daha zor donuyor. Çünkü bu yüzeyler kristal oluşumunu baskılayabiliyor. Ayrıca daha küçük damlacıklar, daha büyük damlacıklara göre daha uzun süre sıvı halde kalabiliyor.
Araştırmacılar sudan buza geçiş fiziğini daha yakından incelemek için ortalama 100 nm olan su damlacık büyüklüğünü 2 nm’ye indirdi. Araştırmacılar bu sonuca ulaşmak için anodize alüminyum oksitten gözenekli membranda hapsetti. Bu ortamda nanodamlacıklar oktan yağıyla sarılarak arayüz yumuşak tutulabildi.
“Birkaç nanometre büyüklüğündeki su damlacıklarını dondurucu soğukta incelemek bugüne kadar çözülemeyen bir işti. Fakat yeni geliştirilen metrolojiler sayesinde, su damlacıklarını mikron boyutundan, 2 nm ölçeğine kadar dondurmak mümkün oldu”, diyor Houston Üniversitesi Makine Mühendisliği’nden Yrd. Doç. Dr. Hadi Ghasemi.
Bu çalışma sayesinde uçak kanatları, rüzgar türbinleri ve diğer yapılarda oluşan buzları azaltmak için yeni metotlar geliştirilebilir. Ayrıca bu sayede gıda ve dokular için geliştirilen kriyojenik sistemlerdeki buz kristali oluşumunun hücrelere verdiği zarar engellenebilir.
Araştırma Nature dergisinde yayınlandı.
Kaynak: University of Houston
