Выбор фона:
/ Новости сайта / Наука и Технологии / Обнаружены новые фазы воды
15.09.2022

Обнаружены новые фазы воды

Оценка: 0.0    937 0 Наука и Технологии
09:38

Вода может быть жидкой, газообразной или замерзшей, верно? Подумайте еще раз. Ученые из Кембриджского университета обнаружили, что вода в слое, состоящем из одной молекулы, не является ни жидкостью, ни твердым телом, а при высоком давлении становится высокопроводящей.

Многое известно о поведении "объемной воды": она расширяется при замерзании и имеет высокую температуру кипения. Но когда вода сжимается до наноразмеров, ее свойства резко меняются.

Разработав новый способ предсказать это необычное поведение с беспрецедентной точностью, исследователи обнаружили несколько новых фаз воды на молекулярном уровне.

Вода, запертая между мембранами или в крошечных наноразмерных полостях, является обычным явлением - ее можно найти во всем, от мембран в нашем организме до геологических образований. Но эта наноконфигурированная вода ведет себя совсем не так, как вода, которую мы пьем.

До сих пор трудности, связанные с экспериментальным определением фаз воды на наноуровне, не позволяли полностью понять ее поведение. Но в статье, опубликованной в журнале Nature, группа специалистов из Кембриджа описывает, как они использовали достижения вычислительных подходов для предсказания фазовой диаграммы слоя воды толщиной в одну молекулу с беспрецедентной точностью.

Они использовали комбинацию вычислительных подходов для первопринципного исследования одного слоя воды.

Исследователи обнаружили, что вода, заключенная в слой толщиной в одну молекулу, проходит через несколько фаз, включая "гексатическую" фазу и "суперионную" фазу. В гексатической фазе вода не является ни твердым телом, ни жидкостью, а чем-то средним. В суперионной фазе, которая возникает при более высоком давлении, вода становится высокопроводящей, быстро проталкивая протоны через лед, что напоминает движение электронов в проводнике.

Понимание поведения воды на наноуровне имеет решающее значение для многих новых технологий. Успех медицинских процедур может зависеть от того, как будет реагировать вода, запертая в небольших полостях нашего тела. Разработка высокопроводящих электролитов для батарей, опреснение воды и транспортировка жидкостей без трения - все это зависит от предсказания поведения воды в замкнутом пространстве.

"Для всех этих областей понимание поведения воды является основополагающим вопросом", - говорит д-р Венкат Капил из Кембриджского химического факультета имени Юсуфа Хамида, первый автор статьи. "Наш подход позволяет изучать один слой воды в графеноподобном канале с беспрецедентной предсказательной точностью".

Исследователи обнаружили, что слой воды толщиной в одну молекулу в наноканале демонстрирует богатое и разнообразное фазовое поведение. Их подход предсказывает несколько фаз, включая гексатическую фазу - промежуточную между твердым телом и жидкостью, а также суперионную фазу, в которой вода обладает высокой электропроводностью.

"Гексатическая фаза - это не твердое тело и не жидкость, а промежуточное состояние, что согласуется с предыдущими теориями о двумерных материалах", - сказал Капил. "Наш подход также предполагает, что эту фазу можно наблюдать экспериментально, заключив воду в графеновый канал".

"Существование суперионной фазы в легкодоступных условиях является необычным, поскольку эта фаза обычно встречается в экстремальных условиях, таких как ядра Урана и Нептуна. Можно представить себе эту фазу так: атомы кислорода образуют твердую решетку, а протоны текут через решетку как жидкость, подобно детям, бегущим по лабиринту".

Исследователи говорят, что эта суперионная фаза может быть важна для будущих электролитов и материалов для батарей, поскольку ее электропроводность в 100-1000 раз выше, чем у современных материалов для батарей.

Полученные результаты не только помогут понять, как работает вода на наноуровне, но и позволяют предположить, что "наноконфигурация" может стать новым путем к поиску суперионного поведения других материалов.

Доктор Венкат Капил - младший научный сотрудник Черчилль-колледжа, Кембридж. В исследовательскую группу вошли доктор Кристоф Шран и профессор Ангелос Михаэлидес из группы ICE факультета химии имени Юсуфа Хамида, работавшие с профессором Крисом Пикардом с факультета материаловедения и металлургии, доктором Андреа Зен из Университета Неаполя Федерико II и доктором Цзи Чен из Пекинского университета.


 
Источник:  https://earth-chronicles.ru/


Поделитесь в социальных сетях

Комментарии 0

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Похожие материалы

Разговоры у камина
Календарь
Последние комментарии
Астрономы впервые увидели двулучепреломление вакуума — эффект, предсказанный Гейзенбергом 90 лет назад
"Но первые признаки того, что вакуум действительно способен вести себя как материя, уже получен (от бодр)
Астрономы впервые увидели двулучепреломление вакуума — эффект, предсказанный Гейзенбергом 90 лет назад
Учёные, вы опять что то не доглядели! Не бывает пустоты! Даже, тот ваш вакуум, пронизан всевозможным (от бодр)
Где все? Почему человечество до сих пор не нашло внеземные цивилизации
Несовершенно не то ЧТО мы видим, но то КАК мы это распознаем. Мы распознаем это только с точки зрени (от Альфред)