فکر کنید تابستان است و درحال رنگ کردن نرده‌های باغچه خود هستید که باران اغاز می‌بشود. در همان زمان و در فاصله مقداری دورتر از شما یکی از دوستانتان نیز تازه این کار را به آخر رسانده است، اما آب‌وهوای آن‌جا بهتر است، به‌طوری‌که اطراف نرده‌های رنگ‌شده هوای خشک جریان دارد. کدام نرده سریعتر خشک می‌بشود؟ امکان پذیر فکر کنید نرده دومی، چون رطوبت کمتری دارد، اما این جواب نادرست است و پژوهش جدیدی علت آن را نشان داده است.
پژوهشگران در مطالعه جدیدی این تئوری را آزمایش کرده‌اند که چرا شدت تبخیر آب یا حلال‌های دیگر در محلول‌های پلیمری همانند رنگ می‌تواند جدا گانه از رطوبت محیط باشد. آزمایش‌ها نشان خواهند داد که هنگامی آب از رنگ تبخیر می‌بشود، مولکول‌های پلیمر به سمت سطح می‌روال و در آن‌جا لایه متراکمی را راه اندازی خواهند داد. این سطح پوست‌همانند از شدت تبخیر می‌کاهد، درحالی‌که از رنگ دربرابر اثرات رطوبت محافظت می‌کند.
تبخیر جدا گانه از رطوبت در تعداد بسیاری از موقعیت‌ها با مزیت‌هایی همراه است. به‌گفتن مثال، پوست ما به نگه داری شدت تقریبا ثابت تبخیر پشتیبانی می‌کند تا آب بدن نگه داری بشود. این کار توسط غشای سلولی پوست ممکن می‌بشود که مولکول‌های لیپیدی آن می‌توانند برای تنظیم شدت تبخیر عرق تحول کنند. اما این پاسخی فعال است که در صورت نیاز در بدن ما رخ می‌دهد. آیا امکان پذیر نسخه غیرفعالی از فرایند توصیف‌شده هم وجود داشته باشد؟
هنگامی آب از رنگ تبخیر می‌بشود، مولکول‌های پلیمر به سطح می‌روال و لایه متراکمی را راه اندازی خواهند داد
در سال ۲۰۱۷، ژان باپتیست سالمون، مهندس شیمی دانشگاه بوردو فرانسه این فرضیه را نقل کرد که تبخیر جدا گانه از رطوبت به جواب فعال نیازی ندارد. به‌حرف های‌ی وی، هر زمان که حلال از محلولی با مولکول‌های بزرگ تبخیر بشود و مولکول‌ها را به سمت سطح درحال خشک شدن می‌کشاند، این فرایند رخ می‌دهد.
مطابق پیش‌بینی‌های سالمون، بعد از این که مولکول‌های بزرگ لایه متراکمی را راه اندازی دادند، شدت تبخیر محلول باید بدون دقت به رطوبت و خشکی محیط اطراف ثابت بماند. مکس هویسمن، دانشجوی فارغ‌التحصیل فیزیک ماده نرم در دانشگاه ادینبرو بریتانیا او گفت: «می‌خواستیم بدانیم آیا این [فرضیه] امکان پذیر برای تبخیر قطرات ویروس تنفسی که حاوی پلیمرهای با وزن مولکولی بالا می باشند، کاربرد داشته باشد یا خیر.»
مدل‌های حاضر انتشار کردن ویروس‌ها نقش بیوپلیمرهای را در تبخیر ذرات نادیده می‌گیرند. علت آن است که انتظار نمی‌رود این مولکول‌ها همانند سلول‌های پوست انسان در فرایند فعالی شراکت داشته باشند. به این علت، تیم ادینبرو اغاز به آزمایش فرضیه سالمون با محلول پلیمری ساده غیرفعال و غیرزیستی کرد.
پژوهشگران دستگاهی را ساختند که نرخ تبخیر را در محلول آب-پلیمر معمولی (پلی‌وینیل الکل یا PVA) در سطوح گوناگون رطوبت اندازه‌گیری می‌کرد. دستگاه شامل مخزن پلاستیکی استوانه‌ای می بود که پنج سوراخ در دیواره‌های آن تشکیل شده می بود. مخزن با محلول PVA پر شد، درحالی‌که لوله‌های مویرگی شیشه‌ای به هر سوراخ متصل می بود. لوله‌ها مستطیلی‌شکل بودند و به طور افقی از مخزن امتداد داشتند.
برای مطمعن از وقوع تبخیر در انتهای بیرون‌زده لوله‌ها، پژوهشگران لایه روغنی را به سطح بالایی محلول اضافه کردند. سپس مخزن روی ترازو درون جعبه‌ای قرار داده شد که رطوبت آن قابل کنترل می بود. پژوهشگران رطوبت را بین ۲۵ تا ۹۰ درصد نگه داری کردند و سپس مقدار آب از دست رفته از مخزن را تحت‌نظر گرفتند. هریک از آزمایش‌ها ۱۷ ساعت طول کشید.
در هر آزمایش تبخیر به زمان نزدیک به سه ساعت ثابت ماند، اما با راه اندازی لایه پلیمری روی سطح درست همان گونه که سالمون فکر کرده می بود، افت اشکار کرد. با‌این‌حال، آزمایش دو بینش تازه به فرضیه مهم اضافه کرد: اول این که شدت تبخیر ثابت در مرحله اولیه (قبل از راه اندازی پوسته محافظ) با افزایش رطوبت افت اشکار نکرد. دوم این که بعد از سه ساعت اول، مطابق انتظار نرخ تبخیر کم شد، اما فقط تا سطح رطوبت ۸۰ درصد جدا گانه از رطوبت عمل می‌کرد. در رطوبت بالاتر از ۸۰ درصد، با افزایش رطوبت مقدار تبخیر افت اشکار کرد که مشخص می کند نیروهای فرد دیگر نیز در کار می باشند.
بر پایه تجزیه‌وتحلیل میکروسکوپی، محلول لایه اضافی از پوسته ژله‌مانندی راه اندازی داده می بود که توانایی مولکول‌های آب برای رسیدن به سطح را افت می‌داد. سالمون این لایه اضافه را پیش‌بینی نکرده می بود. اخیرا پوسته‌های ژلی شبیهی در سطح قطرات تنفسی مشاهده شده است، به این علت، این فرایند امکان پذیر در پلیمرهای زیستی نیز رخ دهد.
چه فردی فکر می‌کرد خشک شدن رنگ این‌قدر دلنشین باشد؟ یافته‌های مطالعه در مجله‌ی Physical Review Letters انتشار شده است.
منبع