纳米尺度下，水的奇异行为如何颠覆我们的认知？
2024-10-20 10:00:04 发布
最新发表在《自然》杂志的一篇论文中，英国剑桥大学的科学家们揭示了单分子层水在高压下的奇异特性。这种水，既非液态也非固态，其导电性在高压下显著增强，这一发现挑战了我们对水的传统理解。
我们通常认为，水在结冰时体积膨胀，沸点较高。然而，当水的厚度压缩至纳米级，其性质会经历戏剧性的变化。这种纳米级受限的水，广泛存在于生物体和地质结构中，但其行为与我们日常饮用的水截然不同。
研究人员开发了一种新方法，以前所未有的精度预测了单分子厚水层的相图，并在分子层面上发现了几种新的水相。当水被限制在单分子层时，它经历了包括“六方相”和“超离子相”在内的多个阶段。在六方相中，水处于固态和液态之间的状态；而在超离子相中，水的导电性显著增加，质子以类似电子在导体中流动的方式快速穿越冰层。
这项研究对于新技术的发展至关重要，例如，医学治疗可能依赖于人体内微腔中水的反应。此外，这种超级相对未来的电解液和电池材料可能具有重要意义，因为它的导电性比现有材料高出100到1000倍。海水淡化和流体的无摩擦输送也依赖于对受限水行为的理解。
剑桥大学优素福·哈米德化学系的文卡特·卡皮尔博士指出：“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。”这些发现不仅帮助我们理解水在纳米尺度上的工作原理，还可能为寻找具有优越性能的材料开辟新途径。