“納米受限水”中發現新水相

據近日發表于《自然》雜志的論文，英國劍橋大學的科學家發現，單分子層形式的水既不像液體也不像固體，并且在高壓下變得高度導電。他們以前所未有的精度預測了單分子厚水層的相圖。

人們對“重力水”有很多了解：它在結冰時會膨脹，并且沸點很高。但當水被壓縮到納米級時，它的性質會發生戲劇性的變化。

在膜之間或微小的納米級空腔中的水也很常見——從生物體到地質構造，它無處不在。但這種“納米受限水”的行為與我們平時的飲用水非常不同。

此次，研究人員通過開發一種新方法，以前所未有的精度預測了這種水不尋常的行為，并在分子水平上檢測到了幾種新的水相。

被限制在單分子厚的水層中的水經歷了幾個階段，包括“六方相”和“超離子相”。在六方相中，水既不是固體，也不是液體，而是介于兩者之間；在高壓下形成的超離子相中，水變得高度導電，以一種類似于電子在導體中流動的方式推動質子快速穿過冰層。

了解水在納米尺度上的行為對許多新技術至關重要。醫學治療的成功可能取決于人體內微腔中的水的反應。研究人員表示，這種超級相對未來的電解液和電池材料可能很重要，因為它顯示出的導電性比目前的電池材料高出100～1 000 倍。此外，海水淡化以及流體的無摩擦輸送都依賴于對受限水行為的預測。

“對于所有這些領域，了解水的行為是最基本的。”論文第一作者、劍橋大學優素福·哈米德化學系的文卡特·卡皮爾博士說，“我們的方法能夠以前所未有的精度研究石墨烯通道中的單層水。”

這些結果不僅有助于理解水在納米尺度上的工作原理，而且還表明“納米受限”可能是尋找其他優越性能材料的一條新途徑。