科学家在“纳米受限水”中发现新水相

据近日发表于《自然》杂志的论文，英国剑桥大学的科学家发现，单分子层形式的水既不像液体也不像固体，并且在高压下变得高度导电。他们以前所未有的精度预测了单分子厚水层的相图。

人们对“重力水”有很多了解：它在结冰时会膨胀，并且沸点很高。但当水被压缩到纳米级时，它的性质会发生戏剧性的变化。

在膜之间或微小的纳米级空腔中的水也很常见——从生物体到地质构造，它无处不在。但这种“纳米受限水”的行为与我们平时的饮用水非常不同。

此次，研究人员通过开发一种新方法，以前所未有的精度预测了这种水不寻常的行为，并在分子水平上检测到了几种新的水相。

被限制在单分子厚的水层中的水经历了几个阶段，包括“六方相”和“超离子相”。在六方相中，水既不是固体，也不是液体，而是介于两者之间;在高压下形成的超离子相中，水变得高度导电，以一种类似于电子在导体中流动的方式推动质子快速穿过冰层。

了解水在纳米尺度上的行为对许多新技术至关重要。医学治疗的成功可能取决于人体内微腔中的水的反应。研究人员表示，这种超级相对未来的电解液和电池材料可能很重要，因为它显示出的导电性比目前的电池材料高出100—1000倍。此外，海水淡化以及流体的无摩擦输送都依赖于对受限水行为的预测。

“对于所有这些领域，了解水的行为是最基本的。”论文第一作者、剑桥大学优素福·哈米德化学系的文卡特·卡皮尔博士说，“我们的方法能够以前所未有的精度研究石墨烯通道中的单层水。”

这些结果不仅有助于理解水在纳米尺度上的工作原理，而且还表明“纳米受限”可能是寻找其他优越性能材料的一条新途径。(科技日报实习记者 张佳欣)