کاربرد اثر مارانگونی در نانوشیمی و موادMOF«محقق و نویسنده:جمال عبدالله زاده»

اثر مارانگونی تنها راه انتقال جرم بین دو سیال نیست و در شیمی روش دیگری تحت عنوان ناپایداری رایلی_تیلور Rayleigh–Taylor instability نیز داریم.ناپایداری رایلی_تیلور به زبان ساده بیانگر وضعیتی است که شیمیدان ها دو سیال با چگالی متفاوت را به حرکت در می آوردند ولی آن دو سیال در هم حل و ادغام نمی شوند بلکه فقط جرم بین دو سیال منتقل می شود.در پژوهش های اخیر شیمیدان از هر دو پدیده اثر مارانگونی و ناپایداری رایلی_تیلور برای سنتز نانومواد گرافنی  استفاده کرده اند.محققان در این ابتدا سوسپانسیونی از گرافن را طراحی کرده اند و سپس مولکول های فعال سطحی N_متیل پیرولیدون مخففNMP را بر روی این سوسپانسیون  قرار داده اند.این سیستم شیمیایی به علت حلال پوشی توسط مولکول هایNMP فقط برای چند دقیقه پایدار می ماند.در مرحله بعدی نانوشیمیدان ها حلال فرار  اتیل استات را به سوسپانسیون اضافه می کنند.به این ترتیب سیستم شیمیایی وارد مرحله دوم فرایند می شود و ناپایدار می شود.در اثر این ناپایداری گرادیان کشش سطحی رخ می دهد و صفحات گرافنی به سرعت به سمت قطع مایع مهاجرت می کنند و در قالب فیلمی یکنواخت به هم می پیوندند.در واقع صفحات گرافنی از همان روال کلی اثر مارانگونی تبعیت می کنند و از جایی که کشش سطحی پایین(غنی از اتیل استات) است به جایی می روند که کشش سطحی بالاتر(غنی از آب) است.با  اجرای این روش خلاقانه در نانوشیمی محققان موفق شده اند در عرض ۲ دقیقه فیلم گرافنی دایره ای شکلی با قطر ۸ سانتی متر تولید کنند.محققان موتورهای ریزمقیاس مولکولی با استفاده از مواد چارچوب های فلز_آلی موسوم بهMOF ساخته اند که انرژی و حرکت این موتورها از اثر مارانگونی سرچشمه می گیرد.در این پژوهش قطرات روغن و کافور توسط مولکول های فعالی یعنی سورفکانت ها احاطه شده اند.مولکول های فعال سطحی کشس سزحی سیستم را پایین می آوردند و در نتیجه گرادیان کسس سطحی را ایجاد می کنند.این سیستم طوری کار می کند که از ناحیه ای با انرژی هم چسبی پایین به ناحیه ای با انرژی هم چسبی بالا هدایت می شود.جالب است که جهت حرکت و تغییرات انرژی هم چسبی نیز دقیقا با جهت تغییرات کشش سطحی هماهنگ و هم راستا می باشد و این دو کمیت شیمیایی به موازات هم تغییر می کنند.حرکت و جنب و جوش مولکول ها نیز دقیقا بر اساس جهت تغییرات کشش سطحی انجام می شود و در اثر این حرکات مولکولی انرژی ایجاد می شود.در این فرایند شیمیدان ها از پپتید های دی فنیل آلانین(DPA) به همراه چارچوب فلزی_آلی MOF استفاده کرده اند تا پیوندها در سراسز سیستم به طور هم زمان گسسته شود و سیستم ماهیت ان ایزوتروپیک و ناهمسانگرد داشته باشد.چون در سیستم ناهمسانگرد خواص شیمیایی و فیزیکی در همه جهت ها یکسان نیست و همین عامل باعث انعطاف پذیری و تحول انرژیایی مولکول ها در این موتورهای مینیاتوری می شود.