Kuantum Sürtünme

Robert Brook / Science Photo Library

Nanometre ölçeğindeki akışkanlar üzerine yapılan bilimsel çalışmalar, kuantum sürtünme adı verilen yeni bir olgunun keşfine yol açtı.

Karbon nanotüpler, karbon atomlarından oluşan, çapı nanometre (metrenin milyarda biri) ölçeğinde olan tüplerdir. Bazı karbon nanotüpler tek duvarlı bazıları ise çok duvarlıdır. Tek duvarlı karbon nanotüpler grafenin (karbon atomlarından oluşan iki boyutlu malzeme), çok duvarlı karbon nanotüplerse grafitin (grafen katmanlarının üst üste yığılı bulunduğu bir doğal karbon formu) yuvarlanmasıyla oluşmuş gibidirler.

Kuantum Sürtünmenin Keşfi

Karbon nanotüplerin duvarları su moleküllerini iter. Dolayısıyla suyun karbon nanotüpler içinden çok az bir sürtünmeyle akması beklenir. 2000’lerin başlarında yapılan bilgisayar benzetimleri de bu düşünceyi destekledi. Hatta suyun karbon nanotüplerin içinden, hücrelerde su seviyelerini düzenleyen protein kanallarında olduğundan bile daha hızlı akmasının mümkün olduğunu gösterdi. Karbon nanotüplerdeki su akışı üzerine yapılan deneysel çalışmalar ise şaşırtıcı sonuçlar verdi.

Paris’teki Ecole Normale Supérieure’de (ENS) çalışan Lydéric Bocquet ve arkadaşlarının 2010’larda yaptığı ölçümler, basınçlı suyun karbon nanotüpler içindeki akış hızının tüpün çapı 100 nanometrenin altına düştüğünde artmaya başladığını gösterdi. Bor nitrürden üretilen nanotüplerde ise çap değişimine bağlı olarak akış hızında bir değişim görülmüyordu.

Bir tüpün çapına bağlı olarak içinden akan akışkanla arasındaki sürtünmenin değişmesi, klasik akışkanlar mekaniği modellerinden beklenen bir durum değildir. Karbon nanotüplerin sıra dışı davranışının nedeni ne olabilirdi?

Karbon nanotüpleri oluşturan grafen katmanları elektriksel olarak iletken, bor nitrür ise yalıtkandır. Bocquet ve arkadaşları da karbon nanotüplerdeki sıra dışı durumun tüpün duvarlarındaki elektronlarla ilişkili olduğunu düşündü. İlerleyen yıllarda yapılan çalışmalar, karşılaşılan kuramsal bulmacanın çözümü için bir ipucu sundu: Deneyler çok katmanlı karbon nanotüplere kıyasla tek katmanlı karbon nanotüplerde suyun daha hızlı aktığını gösterdi.

Devamını okumak için TÜBİTAK Yayınlar web sitesini ziyaret ederek abone olabilirsiniz.