小说阶段发现的水

剑桥大学的科学家们已经发现,在一个分子层水就像液体和固体,它变成了高导电高压力。

多少人知道如何“大体积的水”的行为:它结冰时体积膨胀,它有一个高沸点。但当水被压缩到纳米级,其属性发生戏剧性的变化。

通过开发一种新的方法来预测这种不寻常的行为以前所未有的精度,研究人员已发现一些水在分子水平上的新阶段。

水份膜或微小的纳米腔之间是很常见的,它可以从膜在地质构造我们的身体。但这nanoconfined水表现非常不同于我们喝的水。

直到现在,挑战的实验描述水的阶段在纳米尺度上阻止了一个完整的理解的行为。但发表在《自然》杂志上的一篇论文中,Cambridge-led团队描述他们利用先进的计算方法来预测一个分子层厚厚的水的相图以前所未有的精度。

他们用计算方法的结合,使采用基于水平调查的一层水。

研究人员发现,水在成一个分子厚层经过几个阶段,包括“hexatic”阶段和“超离子导体”阶段。在hexatic阶段,水作为固体和液体,但介于两者之间。超离子导体阶段,发生在更高的压力,水变成了高导电,推动质子快速通过冰的方式类似于电子在导体的流动。

理解水的行为在纳米尺度上对许多新技术至关重要。医学治疗的成功可以依赖水困在我们的身体小的空腔将如何反应。高导电的电解质电池的发展,海水淡化,无摩擦运输液体都是依赖于预测承压水将如何表现。

“所有这些领域中,了解水的行为是基本的问题,“Venkat Kapil从剑桥Yusuf Hamied博士说化学系,论文的第一作者。“我们的方法允许研究的一层水graphene-like通道以前所未有的预测精度。”

研究人员发现,纳米通道内的一个分子层厚厚的水显示丰富和多样的相行为。他们的方法预测几个阶段包括hexatic阶段——固体和液体之间的一个中间也是一个超离子导体阶段,水的导电率很高。

“hexatic相是固体和液体,但一个中间,同意先前的理论对二维材料,“Kapil说。“我们的方法可以看到实验也表明,这一阶段的水石墨烯通道。

“超离子导体的存在在便利条件特殊的阶段,这个阶段通常是发现在极端条件下像天王星和海王星的核心。想象这一阶段的一个方法是,氧原子形成一个固体晶格和质子通过晶格像液体一样流动,像孩子们穿过迷宫。”

研究者说这超离子导体阶段为未来的电解液和电池材料可能是重要的,因为它显示了一个导电性当前电池材料高出100到1000倍。

结果将不仅有助于了解水在纳米尺度上工作,但也表明“nanoconfinement”可能是一个新的路由发现超离子导体其他材料的行为。

参考:Kapil V, Schran C,禅宗,陈J,皮卡德CJ Michaelides A采用单层nanoconfined水的相图。自然。9月14日在线发表2022:1-5。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 05036 - x

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