Bilim adamları, büyük, beklenmedik okyanus haydut dalgalarının ilkelerini, nano ölçekliKuantum fiziğinden ilham alan matematiksel modellerle desteklenen, nano üretim ve tıbbi anlayışlardaki potansiyel uygulamaları ortaya koyuyor.
Araştırmacılar, okyanusta beklenmedik bir şekilde ortaya çıkan 30 metrelik devasa dalgalar olan haydut dalgaların prensiplerinin, tıptan imalata kadar düzinelerce uygulamayla nano ölçekte nasıl uygulanabileceğini gösterdi.
Uzun zamandır bir efsane olarak kabul edilen serseri dalgalar, nispeten sakin bir ortamdan saldırıyor, yollarına çıkan petrol platformlarını ve gemileri parçalıyor. Tsunamilerden farklı olarak haydut dalgalar, okyanustaki daha küçük dalgaların tesadüfen bir araya gelmesiyle oluşur ve çok nadir görülen bir olay yaratır.
Rogue Wave Prensiplerinin Nano Ölçekte Uygulanması
Son yıllarda haydut dalgalarla ilgili çok sayıda araştırma yapıldı ancak şimdi, ilk kez bilim insanları bunun çok daha küçük bir ölçekte, nanometrik olarak nasıl uygulanabileceğini gösteriyor.
Bir nanometre, bir kitabın sayfasının kalınlığından milyon kat daha küçüktür. Bu, Fiziksel İnceleme Sıvılarında Mektup olarak yayınlanan, nanometrik ölçekte sıvıların davranışına yönelik tamamen yeni bir yaklaşımdır.
Düzensiz dalgaların neden olduğu delikler ve tümsekler, nano üretimde (metrenin milyarda biri ölçeğinde üretim) kullanılmak üzere kendiliğinden desenler ve yapılar üretmek üzere manipüle edilebilir.
Örneğin, sıvı filmlerin yırtılmasını sağlayan desenler, güneş pillerinin düşük maliyetli bileşenlerinin üretiminde kullanılabilecek mikroelektronik devreler oluşturmak için kullanılabilir.
Ayrıca ince sıvı tabakalarının davranışı, dünya çapında milyonlarca insanın neden kuru göz hastalığından muzdarip olduğunu açıklamaya yardımcı olabilir. Bu, gözü kaplayan gözyaşı filmi yırtıldığında meydana gelir.
Nanoskopik Sıvı Katmanların Davranışını Ortaya Çıkarmak
Moleküllerin doğrudan simülasyonları ve yeni matematiksel modeller sayesinde, Warwick ÜniversitesiMatematik Enstitüsü, sıvının nanoskobik katmanlarının nasıl mantık dışı davrandığını keşfetti. Masanın üzerine dökülen kahve tabakası görünüşte hareketsiz dururken, nano ölçekte moleküllerin kaotik hareketi sıvının yüzeyinde rastgele dalgalar yaratıyor. Bu dalgalar, katman boyunca patlayan ve bir delik oluşturan büyük bir ‘haydut nanodalga’ oluşturmak için bir araya geldiğinde nadir bir olay meydana gelir. Yeni teori, bu deliğin hem nasıl hem de ne zaman oluştuğunu açıklayarak, büyük okyanus kuzenlerini matematiksel bir plan olarak alarak önceden tahmin edilemeyen bir etkiye yeni bir bakış açısı kazandırıyor.
Araştırma ekibi, bu araştırmanın farklı endüstrilerdeki potansiyeli konusunda heyecan duyuyor; uygulamalar geniş kapsamlıdır.
Warwick Üniversitesi Matematik Enstitüsü’nden Profesör James Sprittles şunları söyledi: “Başlangıçta kuantum fiziği için geliştirilen ve son zamanlarda haydut okyanus dalgalarını tahmin etmek için uygulanan matematiksel modellerin nanoskopik sıvı katmanlarının stabilitesini tahmin etmek için çok önemli olduğunu keşfetmek bizi heyecanlandırdı.
“Gelecekte, teorinin, katmanların ne zaman ve nasıl koptuğunu manipüle etmenin çok önemli olduğu bir dizi nano teknolojiyi mümkün kılmak için kullanılabileceğini umuyoruz. İnce sıvı filmlerin stabilitesinin raf ömrünü belirlediği gıda veya boya gibi emülsiyonların davranışı gibi ilgili alanlarda da uygulamalar olabilir.”
Referans: James E. Sprittles, Jingbang Liu, Duncan A. Lockerby ve Tobias Grafke tarafından yazılan “Rogue nanowaves: A Route to film kopması”, 11 Eylül 2023. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.8.L092001