карта сайта
Контакты Главная рассылка новостей контакты Библиотека Рассылка новостей

  
Главная Новостная лента Новости гидрогеологии Новая фаза воды открыла огромный простор для будущих находок
  



Информация

Подписка на гидрогеологические новости


Новая фаза воды открыла огромный простор для будущих находок

Ученые вычислили существование нескольких новых фаз воды в слое толщиной в одну молекулу. В одной из этих фаз жидкость обладает сверхпроводимостью, что открывает большие перспективы для дальнейших исследований и для развития нанотехнологий.
Нам хорошо известны свойства воды на макроуровне: она замерзает при 0 ⁰С и закипает при 100 ⁰С, расширяется при замерзании и т. д. Но на наноразмерном уровне она обладает совсем другими свойствами. Например, аномально низкой диэлектрической проницаемостью, течением почти без трения или гипотетическим существованием фазы квадратного льда
При этом вода в наноразмере существует в природе повсеместно: в микрополостях в геологических породах или, например, между мембранами в клетках живых организмов.
До сих пор изучение свойств монослойной воды даже в лабораторных условиях было крайне сложной задачей. Но сейчас команда физиков из Кембриджского университета с высокой точностью определила, какие фазы характерны для монослойной воды и какие физические эффекты при этом возникают. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.


Для изучения фазового поведения воды в наномасштабе ученые использовали сразу несколько вычислительных подходов. В основу были положены квантовые методы Монте-Карло, применяющиеся для исследования сложных квантовых систем, а также метод машинного обучения.
В итоге они предсказали, что монослойная вода, запертая в графеновом канале, показывает многообразие фаз,которые в значительной степени зависят от температуры и действию сил Ван-дер-Ваальса, то есть сил межмолекулярного и межатомного взаимодействия.
Помимо множества молекулярных фаз были обнаружены две крайне важные фазы – гексатическая и суперионная.
В гексатической фазе слой воды демонстрирует поведение, не характерное как для жидкости, так и для твердого тела.  Вместо этого он оказывается в промежуточном состоянии между этими двумя стадиями. Это хорошо согласуется с предшествующими исследованиями двумерных материалов. К тому же ученые полагают, что эту фазу можно воспроизвести во время лабораторного эксперимента за счет удержания воды в графеновом канале.
Еще более интересное является суперионная фаза, возникающая под высоким давлением. В ней вода характеризуется электрической сверхпроводимостью в 100 – 1000 раз превышающей проводимость большинства проводниковых материалов. Это происходит за счет сверхбыстрого движения протонов через суперионный лед, которое напоминает поток электронов в проводниках.
Это открытие крайне важно для дальнейших исследований, так как четкое понимание фаз и свойств замкнутой воды упростит интерпретацию экспериментов, и обеспечит основу для проектирования усовершенствованных нанотехнологий. Также в перспективе вода в наноразмере способна стать легкодоступным источником суперионного поведения, что важно для развития нанотехнологий.
Например, это знание можно будет применять в наномедицине для понимания того, как реагирует вода на клеточном уровне. Еще в перспективе это открывает возможности для создания аккумуляторных электролитов со сверхпроводимостью, а также возникновения новых технологий опреснения воды.
К тому же предполагается, что исследования воды могут быть первым шагом на пути к изучению суперионного поведения других веществ и материалов.
Источник - zoom.cnews.ru        
 




Поиск главная контакты карта сайта