Sıcaklığın düştüğü ve havanın soğuduğu günlerde, su buharı doğrudan katı buza dönüşebilir. Pencere camını veya arabaların ön camlarını ince bir tabaka halinde katı buz kaplayabilir. Bu durumu özellikle de kış mevsiminde sık sık gözlemleyebiliyoruz. Ancak bu süreçler, fizik ve kimya alanlarında çalışma yürüten biliminsanları tarafından onlarca yıldır araştırılan süreçlerdi.
Nature dergisinde yayımlanan yeni makalede, uluslararası araştırmacıların yer aldığı çalışma ekibinin buzun atomik yapısına ilişkin elde ettikleri iki boyutlu görsel çalışmasına yer verildi. Bilgisayar simülasyonlarının kullanılmasıyla birlikte elde edilen verilerin şekillendirdiği çalışma ile buz tabakalarının yüzeylerden kaldırılması için daha az maliyet ve emek gerektiren malzemelerin tasarlanabileceği düşünülmekte.
Pennsylvania Üniversitesi’nde çalışma yürüten biliminsanı Joseph S. Francisco, “Bu çalışma, buzun yüzey üzerinde nasıl yayıldığına ilişkin geleneksel görüşlere meydan okuyor. Bu nedenle oldukça heyecan verici” açıklamalarında bulundu. Çalışmaya dahil olan doktora sonrası araştırmacı Chongqin Zhu, “Yapıyı bilmek çok ama çok önemlidir. Suyun bu şekli doğada her yerde bulunur ve birçok bilim alanı için kritik öneme sahiptir” dedi ve ekledi: “Sadece teorik olarak değil, pratikte de oldukça büyük bir öneme sahip. Örneğin rüzgâr türbinleri buzla kaplandıklarında çalışmazlar. Bu durumda buz tabakasının yüzeyden uzaklaştırılması kritik öneme sahiptir. Buzun oluşumu sırasında su ve yüzey arasında ne gibi etkileşimler meydana geldiğini anlarsak, buzu yüzeyden kaldırmayı kolaylaştıracak yeni malzemelerin üretimini sağlayabiliriz.”
Buzun yüzey üzerine yayılmasındaki prensipleri anlamak isteyen biliminsanları, sadece birkaç su molekülü kalınlığında bulunan ve iki boyutlu denebilecek buz katmanları üzerinde incelemelerde bulundu. Ekip, daha önceki çalışmalarında yüzeyin su moleküleri üzerinde itme veya çekme gibi bir etkisi bulunmadığını, buz tabakalarının bulundukları yüzeyin yapısına bağlı olarak geliştiklerini göstermişlerdi. Mevcut çalışmalarında ise, bilgisayar simülasyonları ile gerçek arasında bir fark olup olmadığını anlamak için çeşitli analizler yaptılar. Buz tabakalarını oluşturan atomların yapısını incelemek isteyen biliminsanları, bu çalışmada süper güçlü atomik kuvvet mikroskopisi kullandılar. Bu yöntem ile incelenen maddenin yapısı hakkında net bilgiler elde edilebilir. Böylelikle buz tabakasının oluşum sürecinde etkin olan ara yapılar bile tanımlanabilir.
Buz tabakalarını oluşturan tanelerin altıgen yapıda olduğu bilinirdi. Ancak biliminsanlarının çalışmaları bu yapıların beşgen ara yapılardan sonra geliştiğini ortaya koydu. Zhu, araştırmada ortaya çıkan sonucun tamamen farklı bir mekanizmaya işaret ettiğini söylüyor. Biliminsanları bir sonraki adımın buzun üç boyutlu yapısı üzerinde yapılacak çalışmalar olduğunu ifade etmekteler.
Kaynak: https://phys.org/news/2020-01-thin-ice.html
