Nhỏ giọt nước sạch nhất thế giới lên bề mặt hợp chất sạch nhất thế giới để xem nó có bị bẩn hay không

Dù cố đến mấy, bạn cũng không thể thực hiện cọ rửa - đánh giày, rửa bát, cọ bồn rửa, cọ nhà vệ sinh, … - được sạch sẽ tinh khôi cả. Rửa bát đã khó đến vậy, hãy thử tưởng tượng xem làm sạch tạp chất khỏi một tổ hợp chất ở mức hiển vi sẽ khó khăn mức nào. Một loại vật chất dù có sạch sẽ đến như thế nào, trên bề mặt nó vẫn luôn có một lớp phân tử mỏng.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tạo ra giọt nước sạch nhất trong lịch sử Trái Đất, nhằm tìm ra lý do tại sao ta không thể tạo ra một bề mặt có thể được đánh bóng, cọ rửa sạch sẽ.

Có một giả thuyết cho lý do tại sao ta cọ không bao giờ sạch: lớp phân tử mỏng kia chính là bụi tới từ nước.

Để điều tra xem sự tình ra sao, các nhà nghiên cứu dùng nước đóng băng nguyên chất, đặt trong một khoang chân không để tạo ra một giọt nước không hề có tạp chất, sau đó nhỏ nó lên một bề mặt titan dioxide – một hợp chất có đặc tính tự làm sạch.

Họ thấy được rằng lớp phân tử bụi phủ lên những bề mặt siêu sạch không phải là nước, loại bỏ hoàn toàn giả thuyết nêu trên. Hóa ra là một thứ khiến giới khoa học ngỡ ngàng. Lớp bụi cấu thành từ hai acid hữu cơ, acid acetic (loại acid làm cho dấm có vị chua) và acid formic. Hai loại acid đều liên quan mật thiết với nhau.

Đây là một khám phá đáng ngạc nhiên, khi mà không khí chứa rất ít thành phần của hai acid kể trên. Điều đó đã khiến các nhà khoa học phải xem xét lại cách thức một bề mặt thu hút và đẩy bụi đi. Ứng dụng kết quả nghiên cứu này, ta có thể tạo ra những bề mặt chống bụi hoàn toàn.

Lại nói về chuyện sạch. Việc tạo được giọt nước sạch nhất Trái Đất cũng là một trở ngại không hề nhỏ với khoa học.

"Để tránh làm bẩn nước, những thí nghiệm tương tự cần độ sạch tuyệt đối phải được thực hiện trong môi trường chân không", Ulrike Diebold từ đội ngũ nghiên cứu thuộc Đại học Công nghệ Vienna, Áo nói.

"Do đó, chúng tôi phải tạo ra một giọt nước cách biệt hoàn toàn với không khí, đặt giọt nước lên bề mặt titan dioxide đã được gột sạch bụi bẩn cho tới mức nguyên tử".

Mô hình lớp phân tử bám trên bề mặt titan dioxide.

Lớp bụi dày chỉ một phân tử chỉ xuất hiện khi titan dioxide được đưa ra khỏi khoang chân không, tiếp xúc với không khí. Rõ ràng là không phải nước khiến cho bề mặt siêu sạch bị nhuốm bẩn. Các nhà khoa học đã tìm ra lý do tại sao titan dioxide – vật liệu vốn được dùng trong vô số thứ từ cửa kính xe ô tô cho tới gạch lát nhà – luôn có một lớp phân tử mỏng phủ lên trên.

"Bằng một cách nào đó, những phân tử trên bề mặt titan dioxide khiến đặc tính hóa học của nó ngày một thú vị, nhất là trong hai khía cạnh tự làm sạch và oxy hóa", nhà nghiên cứu Melissa Hines từ Đại học Cornell nói. "Chúng tôi mới chỉ bắt đầu vén tấm màn bí mật lên thôi".

Các nhà nghiên cứu cho rằng cách thức kết nối phân tử đặc biệt đã khiến acid dính lên bề mặt titan dioxide, dù cho trong không khí, lượng acid acetic và acid formic là cực kì ít ỏi. Những phân tử khác, dù có rất nhiều trong không khí, nhưng vẫn trượt khỏi bề mặt titan dioxide: chúng không có cơ chế kết nối tương tự với hai thứ acid kể trên.

Để khẳng định kết quả nghiên cứu là chính xác, các nhà khoa học tiến hành thử nghiệm tại hai nơi khác nhau là Áo và Mỹ. "Đây là điều tối quan trọng", giáo sư Hines nói. "Nếu như chỉ thực hiện tại Áo, người ta sẽ kháo nhau rằng ‘Chắc là phòng nghiên cứu ở đây toàn dấm’".

Các giáo sư góp công trong thử nghiệm đều khẳng định còn quá nhiều khía cạnh chưa rõ ràng, nhưng đều đồng tính rằng đây là một bước tiến lớn trong việc hiểu được tại sao bề mặt chất được cho là siêu sạch, khi gặp không khí vẫn bám bẩn. Trong lúc đó, cũng hiểu được luôn tại sao titan dioxide phản lại được đa số các phân tử bụi khác – là bởi vì nó hút phân tử acid vào.

"Kết quả nghiên cứu cho thấy ta cần một mức độ chính xác cực cao khi làm những thử nghiệm siêu sạch tương tự", Ulrike Diebold kết luận. "Ngay cả khi chỉ có một chút chất trong không khí, nó cũng có thể tạo nên sự khác biệt lớn trong kết quả nghiên cứu".

Báo cáo về thí nghiệm đã được đăng tải trên Science.

Tham khảo ScienceAlert