Ледяные кристаллы формируются в красиво симметричных четырехгранных формах, замеченных в снежинках и на поверхности замороженных водоемов. Такие конфигурации могут сохраниться в очень высоком давлении, даже если основная структура подвергается фазовым переходам, и тонким и существенным с переменным давлением. Это, конечно, относится к добровольной воде. Когда заключено между другими материалами, однако, поведение воды под влиянием атомных взаимодействий с материальными поверхностями.
Более обычные ледяные кристаллы могут тогда превратиться во что-то очень отличающееся.Когда вода заключена в высоком давлении между листами графена – единственного атома толстое расположение атомов углерода в шестиугольной решетке – ее молекулы принимают квадратную конфигурацию.
Это – неожиданное открытие исследователей в Германии, Великобритании и Китае.Изданный в журнале Nature, результаты исследования, финансируемого частично Графеновым флагманом, могли улучшить наше понимание водного транспорта через каналы нанометрового масштаба в естественных и искусственных мембранах. Например, аквапорин установленный белком поток воды через биологические клеточные мембраны до баланса между гидрофобными и гидрофильными взаимодействиями с поверхностями канала.
Такие взаимодействия зависят от химических связей между водородными атомами.С графеновыми ‘порами’ ситуация, отличается, в котором поперечное сечение плоское, а не круглое. Кроме того, давление, проявленное на воде, так высоко, что взаимодействия с водородными связями с графеновой поверхностью преодолены привлекательным Ван-дер-Ваальсом атомное взаимодействие, которое соединяет графеновые самолеты. Однако, сравнение подходящее, и должно добавить к научным дебатам вокруг потока воды через наноразмерные каналы и через мембраны.
Ульмские Университетские физики Херардо Альгара-Сильер и Осси Лехтинен провели последний эксперимент, в котором графеновый монослой был сначала депонирован на сетке электронного микроскопа. Этот графеновый слой был тогда выставлен небольшому количеству воды и покрыт другим слоем графена. Большая часть воды была сжата из сэндвича с графеном силой Ван-дер-Ваальса; остаток был пойман в ловушку в карманах меньше чем одна миллионная метра через.«Херардо Альгара-Сильер и Осси Лехтинен провели эксперимент, и изображенный неизвестная ледяная структура между графеновыми листами», сказал Ульмский Кайзер Юта Профессора университета, который привел немецкую сторону сотрудничества. «Мы не знали сначала, что мы видели, и только в обсуждении с нашим Манчестером коллеги были идеей квадратного родившегося льда.
Подробный структурный и элементный анализ тогда доказал эту структуру, чтобы быть реальным».Манчестерская связь значительная, не в последнюю очередь вследствие участия в исследовании Ириной Григорьевой, у которой есть особый интерес к молекулярному и транспорту частицы через мембраны, сформированные из слоистых материалов, такие как графен. Ученые долго стремились понять структуру и поведение воды, заключенной в узких каналах.
Исследование до сих пор только было возможно в компьютерных моделированиях, результаты которых редко соглашаются друг с другом.Манчестерский коллега Григорьевой Андрэ Жеэм, который разделил Нобелевскую премию по физике 2010 года для его новаторской работы на графене, является другим соавтором новой бумаги Природы. Жеэм и другие ранее размышляли, что наблюдения за сверхбыстрым потоком воды через графеновые нанокапилляры могли произойти из-за двумерного квадратного льда.
Новое исследование, кажется, подтверждает гипотезу, даже если подробное происхождение этой странной структуры остается тайной.