Nanorør ændrer vandets form

Først, ifølge Rice University ingeniører, få et nanorør hul. Indsæt derefter vand. Hvis nanorøret har den helt rigtige bredde, vandmolekylerne vil rette sig ind i en firkantet stang.

Rismaterialeforsker Rouzbeh Shahsavari og hans team brugte molekylære modeller til at demonstrere deres teori om, at svage van der Waals-kræfter mellem den indre overflade af nanorøret og vandmolekylerne er stærke nok til at snappe ilt- og brintatomerne på plads.

Shahsavari omtalte indholdet som todimensionel "is, " fordi molekylerne fryser uanset temperaturen. Han sagde, at forskningen giver værdifuld indsigt i måder at udnytte atomare interaktioner mellem nanorør og vandmolekyler til at fremstille nanokanaler og energilagrende nanokondensatorer.

Et papir om forskningen vises i tidsskriftet American Chemical Society Langmuir .

Shahsavari og hans kolleger byggede molekylære modeller af kulstof- og bornitrid-nanorør med justerbare bredder. De opdagede bornitrid er bedst til at begrænse formen af ​​vand, når nanorørene er 10,5 ångstrøm brede. (En ångstrøm er en hundrede milliontedel af en centimeter.)

Forskerne vidste allerede, at brintatomer i tæt lukket vand får interessante strukturelle egenskaber. Nylige eksperimenter fra andre laboratorier viste stærke beviser for dannelsen af ​​nanorør-is og fik forskerne til at bygge tæthedsfunktionelle teorimodeller for at analysere de ansvarlige kræfter.

Shahsavaris team modellerede vandmolekyler, som er omkring 3 ångstrøm brede, inde i kulstof- og bornitrid-nanorør med forskellige chiraliteter (vinklerne på deres atomgitre) og mellem 8 og 12 ångstrøm i diameter. De opdagede, at nanorør i de midterste diametre havde størst indflydelse på balancen mellem molekylære interaktioner og van der Waals-tryk, der førte til overgangen fra et kvadratisk vandrør til is.

"Hvis nanorøret er for lille, og du kun kan passe ét vandmolekyle, du kan ikke dømme meget, " sagde Shahsavari. "Hvis den er for stor, vandet holder sin amorfe form. Men ved omkring 8 ångstrøm, nanorørets van der Waals-kraft begynder at skubbe vandmolekyler til organiserede firkantede former."

Han sagde, at de stærkeste interaktioner blev fundet i bornitrid nanorør på grund af den særlige polarisering af deres atomer.

Shahsavari sagde, at nanorøris kunne finde anvendelse i molekylære maskiner eller som kapillærer på nanoskala, eller fremme måder at levere nogle få molekyler vand eller sekvestrerede lægemidler til målrettede celler, som en sprøjte i nanoskala.