เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย เทคนิคการสร้างภาพแบบใหม่เผยว่า Frost ก่อตัวเป็นลวดลายต่างๆ เมื่อกระจายไปทั่วพื้นผิวขึ้นอยู่กับระดับความชื้น รูปแบบเหล่านี้มีตั้งแต่การครอบคลุมพื้นผิวทั้งหมดไปจนถึงรูปทรงเศษส่วน Lukas Hauer ที่ Max Planck Institute for Polymer Research ในเยอรมนี และเพื่อนร่วมงานของเขาได้สร้างความหนาวเย็นบนพื้นผิวโครงสร้างจุลภาคที่ปกคลุมไปด้วยเสาขนาดเล็กจำนวนมากที่เว้นระยะห่าง 30 µm
แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่จำลองประเภทของพื้นผิวที่น้ำค้างแข็ง
เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่ก็อนุญาตให้นักวิจัยควบคุมการกระจายของหยดน้ำเมื่อเริ่มการทดลอง และการควบแน่นมักจะก่อตัวเป็นลวดลาย “เมื่อคุณเกิดการควบแน่นบนพื้นผิว หยดน้ำเล็กๆ จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิว และละอองเหล่านี้มักจะแยกจากกันด้วยระยะทางที่แน่นอน และระยะทางนี้เป็นค่าเฉลี่ยจริงๆ โดยพื้นฐานแล้วนี่เป็นคุณสมบัติของความสามารถในการเปียกของพื้นผิว” Hauer อธิบาย “ดังนั้น แม้ว่าคุณจะมีพื้นผิวเรียบที่ไม่มีโครงสร้างจุลภาค คุณจะยังคงเห็นว่าละอองที่ก่อตัวบนพื้นผิวนั้นแยกจากกันด้วยระยะห่างเฉพาะ”
เพื่อดูว่าน้ำค้างแข็งเปลี่ยนแปลงไปตามความชื้นอย่างไร นักวิจัยได้ทำให้พื้นผิวเย็นลงเป็น -30°C และวางไว้ในห้องที่ปิดสนิท จากนั้นจึงนำก๊าซไนโตรเจนที่มีปริมาณไอน้ำ 14%, 24% หรือ 34% เพื่อสังเกตรูปแบบน้ำค้างแข็ง พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์เรืองแสงที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ พื้นผิวโครงสร้างจุลภาคถูกแทรกซึมด้วยน้ำมันซิลิกอนที่ย้อมด้วยผงเรืองแสง ซึ่งช่วยให้มองเห็นแผ่นน้ำแข็งโดยเพิ่มความเปรียบต่างของพื้นผิว
นี่เป็นครั้งแรกที่ใช้เทคนิคนี้ในการถ่ายภาพน้ำค้างแข็ง และนักวิจัยกล่าวว่าช่วยให้พวกเขาเห็นภาพการก่อตัวของน้ำค้างแข็งได้อย่างแม่นยำและมีรายละเอียดมากขึ้น
หลังจากที่แก๊สถูกนำเข้าสู่ห้องเพาะเลี้ยง หยด supercooled จะควบแน่นบนยอดเสาขนาดเล็ก ก่อนที่จะเริ่มแช่แข็งแบบสุ่ม สิ่งเหล่านี้กลายเป็นจุดเกิดนิวเคลียสที่เย็นจัด โดยมีหย่อมน้ำแข็งที่งอกออกมาจากพวกมันซึ่งอำนวยความสะดวกด้วยไอน้ำ ที่ระดับความชื้นต่ำสุด (14%) หยดน้ำส่วนใหญ่จะระเหยอย่างรวดเร็ว ซึ่งหมายความว่ามีน้ำแข็งบางตัวและน้ำแข็งที่ละลายไม่สามารถเชื่อมต่อกับละอองน้ำอื่นๆ ได้ กลับกลายเป็นหย่อมน้ำแข็งแหลมคมเล็กๆ แทน เมื่อไอน้ำกลายเป็นหยดน้ำแข็ง
ที่ระดับความชื้นสูงสุด 34% น้ำค้างแข็งปกคลุมพื้นผิว การระเหยช้าลงและหยดน้ำเกือบทั้งหมดก่อตัวเป็นหย่อมน้ำแข็งที่เป็นนิวเคลียสและจบลงด้วยการติดต่อกัน หย่อมน้ำแข็งที่เติบโตได้หยุดลงเมื่อพวกเขาเข้าหากัน อย่างไรก็ตาม ทำให้เกิดคูน้ำเล็กๆ ที่แยกพวกมันออกจากกัน
การก่อตัวของน้ำแข็งที่ความชื้นสัมพัทธ์ต่างกัน
การก่อตัวของน้ำแข็ง: (a) ที่ความชื้นสัมพัทธ์ (RH) 14% จะเห็นน้ำค้างแข็งเพียงแผ่นเดียวโดยมียอดแหลมน้ำค้างแข็งที่กำหนดทิศทางโดยพลการ (b) ที่ 24% RH เกิดแผ่นน้ำแข็งหลายแผ่น (c) ที่ 34% RH พื้นผิวถูกปกคลุมด้วยน้ำค้างแข็งเกือบทั้งหมด (แท่งตะกรัน 500 µm) ความชื้นปานกลาง (24%) ทำให้เกิดการระเหยในระดับปานกลาง แผ่นน้ำแข็งกระจายออกและเชื่อมต่อกับหยดของเหลวที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นต่ำ แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเสมอไป เนื่องจากละอองน้ำบางส่วนระเหยไปก่อนที่สะพานน้ำแข็งจะไปถึงพวกมัน สิ่งนี้นำไปสู่รูปแบบการแตกแขนงด้วยเรขาคณิตเศษส่วน “มันเป็นน้ำค้างแข็งน้อยกว่า ด้วยความชื้น ความหนาแน่นของน้ำค้างแข็งเปลี่ยนแปลงไป” Doris Vollmerที่สถาบัน Max Planck อธิบายเช่นกัน
Hauer บอกPhysics Worldว่าอัตราการระเหยเชื่อมโยงกับขนาดเริ่มต้นของหยดน้ำ ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นน้อย หยดน้ำขนาดเล็กจะควบแน่นบนเสาขนาดเล็กและระเหยอย่างรวดเร็ว
นักวิจัยยังพบว่าจำนวนและขนาดของแผ่นน้ำแข็งสามารถปรับได้ตามอุณหภูมิพื้นผิว ที่อุณหภูมิ -25°C โดยมีความชื้นสัมพัทธ์ 28% เกิดเป็นหย่อมน้ำแข็งขนาดใหญ่สองสามหย่อม เมื่ออุณหภูมิลดลงเหลือ −35°C จะเกิดหยาดน้ำค้างแข็งมากขึ้นแต่มีขนาดเล็กลง และที่ −45°C หยดน้ำทั้งหมดจะแข็งตัวทันทีหลังจากการควบแน่น ทำให้เกิดรอยน้ำค้างแข็งเกือบเท่ากับไมโครพิลลาร์
ผลึกน้ำแข็งพุ่งออกจากพื้นผิวด้วยเทคนิคการขจัดน้ำแข็งด้วยไฟฟ้าสถิตแบบใหม่
Vollmer บอกPhysics Worldว่าการปรับปรุงความเข้าใจเชิงทฤษฎีของเราเกี่ยวกับการก่อตัวของน้ำแข็งอาจช่วยลดการเกิดน้ำค้างแข็งและความเสียหายที่เกี่ยวข้องได้ เธออธิบายว่าการทำความเข้าใจว่าความชื้นและอุณหภูมิมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรจะช่วยให้เราพัฒนาเทคนิคต่างๆ สำหรับส่วนต่างๆ ของโลกและช่วงเวลาต่างๆ ของปี ซึ่งเชื่อมโยงกับสภาพแวดล้อมในท้องถิ่น เช่น พื้นผิวที่ต้านการแข็งตัวของน้ำแข็งที่แตกต่างกัน
“แต่มันยาก เพราะการป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งนั้นยากกว่าการอธิบายการก่อตัวของน้ำแข็ง” โวลล์เมอร์กล่าว วิธีใหม่ในการสกัดลิเธียมจากน้ำที่ปนเปื้อนสามารถทำให้โลหะที่สำคัญทางเทคโนโลยีนี้ผลิตได้ง่ายขึ้นมาก เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการส่งน้ำเกลือที่เป็นน้ำผ่านเมมเบรนโพลีเมอร์ที่คัดเลือกโดยลิเธียม ทำงานในลักษณะที่เลียนแบบช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมสมดุลของไอออนในระบบชีวภาพ
ลิเธียมมีประโยชน์หลายอย่างในด้านพลังงานคาร์บอนต่ำและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีไฟฟ้าเคมี ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ครองตลาดในปัจจุบันสำหรับการจัดเก็บพลังงานแบบชาร์จไฟได้ เนื่องจากมีมวลต่ำ ศักยภาพในการลดขนาดใหญ่ และความหนาแน่นของพลังงานสูง
เนื่องจากรถยนต์ไฟฟ้าได้รับความนิยมมากขึ้น ความต้องการลิเธียมในอุตสาหกรรมก็จะเพิ่มขึ้นอีก สิ่งนี้สร้างความท้าทายเพราะถึงแม้ลิเธียมจะเป็นโลหะที่มีดินมาก แต่การสกัดจากแหล่งธรรมชาตินั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ปัจจุบันมีแหล่งที่มาจากแหล่งแร่ที่เรียกว่าเพกมาไทต์และน้ำเกลือผ่านการระเหยด้วยแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีราคาแพงและไม่มีประสิทธิภาพซึ่งอาจใช้เวลานานกว่าหนึ่งปี
มงกุฎอีเธอร์
ก่อนหน้านี้นักวิจัยได้สำรวจวิธีการใช้เยื่อพอลิเมอร์เพื่อสกัดลิเธียมออกจากสารละลายที่เป็นน้ำ เมมเบรนโพลีเมอร์ทั่วไปมักจะแยกตัวละลายตามความแตกต่างในขนาดหรือประจุของไอออน แต่ไม่เฉพาะเจาะจงมากพอที่จะกำหนดเป้าหมายลิเธียมเพียงอย่างเดียว เมมเบรนดังกล่าวส่วนใหญ่ยอมให้โซเดียมไอออนซึมผ่านได้ในอัตราที่มากกว่าลิเธียม
ทีมงานที่นำโดยBenny Freemanจากมหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสตินได้ประสบความสำเร็จในการย้อนกลับพฤติกรรมนี้โดยการพัฒนาเมมเบรนโพลีเมอร์แบบใหม่ที่มีมงกุฎอีเทอร์ซึ่งเป็นลิแกนด์ที่ทำงานทางเคมีซึ่งสามารถจับไอออนบางชนิดได้ ลิแกนด์เหล่านี้ขัดขวางการซึมผ่านของโซเดียม แต่ “ละเลย” ลิเธียม ซึ่งหมายความว่าลิเธียมจะผ่านเมมเบรนในอัตราที่สูงกว่าโซเดียม อันที่จริง การวัดการขนส่งลิเธียมของทีมเปิดเผยว่าวัสดุนี้มีความสามารถในการซึมผ่านย้อนกลับอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยเลือกใช้ลิเธียมมากกว่าโซเดียมประมาณ 2.3 ซึ่งเป็นค่าการคัดเลือกสูงสุดเท่าที่เคยมีมาสำหรับพอลิเมอร์ที่มีความหนาแน่นและบวมน้ำ เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย
