OAK RIDGE, Tenn., - Pendekatan baru untuk mempelajari viskositas air telah mengungkapkan wawasan baru tentang perilaku molekul air dan dapat membuka jalur untuk elektronik berbasis cairan.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi menggunakan teknik hamburan sinar-X inelastis beresolusi tinggi untuk mengukur ikatan kuat yang melibatkan atom hidrogen yang terjepit di antara dua atom oksigen. Ikatan hidrogen ini adalah fenomena mekanika kuantum yang bertanggung jawab atas berbagai sifat air, termasuk viskositas, yang menentukan ketahanan cairan terhadap aliran atau perubahan bentuk.
Sementara air adalah zat paling banyak di Bumi, perilakunya pada tingkat molekuler tidak dipahami dengan baik.
"Terlepas dari semua yang kita ketahui tentang air, ini adalah zat misterius dan atipikal yang perlu kita pahami lebih baik untuk membuka potensi besarnya, terutama teknologi informasi dan energi," kata Takeshi Egami, University of Tennessee-ORNL Distinguished Scientist / Professor working melalui Shull Wollan Center - sebuah Institut Bersama untuk Neutron Sciences, sebuah kemitraan ORNL-UT.
Studi tim, yang diterbitkan dalam Science Advances, menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk menyelidiki dinamika secara langsung air dan cairan lainnya. Penelitian sebelumnya telah menyediakan foto struktur atom air, namun sedikit yang diketahui tentang bagaimana molekul air bergerak.
"Ikatan hidrogen memiliki efek yang kuat terhadap korelasi dinamis antara molekul saat mereka bergerak melalui ruang dan waktu, namun sejauh ini data, kebanyakan oleh spektroskopi laser optik, menghasilkan hasil yang luas atau 'kabur' dengan spesifisitas yang tidak jelas," kata Egami.
Untuk gambaran yang lebih jelas, tim ORNL-UT bersama menggunakan teknik sinar-X lanjutan yang dikenal sebagai X-ray scattering inelastis untuk menentukan pergerakan molekuler. Mereka menemukan bahwa dinamika ikatan oksigen-ke-oksigen antara molekul air, secara mengejutkan, tidak acak namun sangat terkoordinasi. Ketika ikatan antara molekul air terganggu, ikatan hidrogen yang kuat bekerja untuk menjaga lingkungan yang stabil selama periode waktu tertentu.
"Kami menemukan bahwa jumlah waktu yang dibutuhkan molekul untuk mengubah molekul 'tetangganya' menentukan viskositas air," kata Egami. Penemuan
baru ini akan merangsang studi lebih lanjut tentang mengarahkan kontrol atas viskositas cairan lainnya.
Egami memandang karya saat ini sebagai batu loncatan untuk penelitian lebih lanjut yang akan memanfaatkan teknik neutron scattering di Sumber Neutron Spallation di ORNL, DOE Office of Science User Facility, untuk menentukan asal mula viskositas dan sifat dinamis lainnya pada cairan.
Pendekatan para peneliti juga dapat digunakan untuk mengkarakterisasi perilaku molekuler dan viskositas cairan ionik, atau asin, cairan dan zat cair lainnya, yang akan membantu pengembangan jenis perangkat semikonduktor baru dengan lapisan isolasi elektrolit cair, baterai yang lebih baik dan pelumas yang lebih baik. .
###
Bersama Egami, rekan penulis kertas tersebut termasuk Takuya Iwashita dan Bin Wu dari Shull Wollan Center dan UT; Wei-Ren Chen dari Pusat Wollan Shull dan ORNL; dan Satoshi Tsutsui dan Alfred Q. R. Baron dari Spring-8 / RIKEN, Japan Synchrotron Radiation Research Institute.
Penelitian ini didanai oleh DOE's Office of Science. Penyebaran sinar-x inelastis dilakukan di fasilitas radiasi sinkrotron SPring-8 di Jepang.
ORNL dikelola oleh UT-Battelle untuk DOE's Office of Science. Kantor Ilmu Pengetahuan adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat, dan sedang berupaya mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, silakan kunjungi http://science.energy.gov/.
Berkomentar u/ kritik & saran yg baik, demi kemajuan bersama,,