Cambridge Üniversitesi’nden araştırmacılar, suyun tek bir molekül tabakasında ne sıvı ne de katı gibi davranmadığını ve aşırı basınçlar altında elektriksel olarak iletken hale geldiğini buldular.
Dökme su donduğunda genleşir ve yüksek kaynama sıcaklığına sahiptir, iyi bilinen iki özellik. Bununla birlikte, nano ölçekte sıkıştırıldığında suyun özellikleri büyük ölçüde değişir.
Araştırmacılar, bu tuhaf davranışı daha önce duyulmamış bir doğrulukla tahmin etmek için yepyeni bir yöntem oluşturarak moleküler düzeyde çok sayıda yeni su fazı keşfettiler.
Membranlar arasında veya küçük nano ölçekli boşluklarda sıkışmış su bulmak yaygındır; örnekler vücudumuzdaki zarları ve jeolojik oluşumları içerir. Ancak içtiğimiz su ile karşılaştırıldığında, bu nano-kapalı su oldukça farklı davranır.
Suyun nano ölçekli evrelerini deneysel olarak tanımlamanın zorlukları, şimdiye kadar davranışının tam olarak bilinmesini engelledi. Ancak Cambridge liderliğindeki ekip, Nature dergisinde yayınlanan bir araştırmada, tek molekül kalınlığındaki bir su tabakasının faz diyagramını olağanüstü doğrulukla nasıl tahmin edebildiklerini anlatıyor.
Tek bir su tabakasının ilk prensip düzeyinde analizini sağlamak için hesaplama yaklaşımlarını birleştirdiler.
Bilim adamları, yalnızca bir molekül kalınlığındaki bir katmanda bulunan suyun, bir “süperiyonik” faz ve bir “hekzatik” faz dahil olmak üzere bir dizi fazdan geçtiğini keşfettiler. Su, altıgen fazda, ne katı ne de sıvı, arada bir şey gibi davranır.
Daha yüksek basınçlarda, süperiyonik faz sırasında, su oldukça iletken hale gelir ve protonlar, bir iletkendeki elektronların hareketine benzer bir şekilde buzun içinden hızla itilir.
Gelişmekte olan birçok teknoloji, nano ölçekte suyun davranışını anlama yeteneğimize bağlıdır.
Vücudumuzun küçük boşluklarında sıkışan suyun nasıl tepki vereceğine bağlı olarak, tıbbi tedaviler etkili olabilir veya olmayabilir. Kapalı suyun nasıl davranacağını tahmin etmek için pillerin kullanımında , suyun tuzdan arındırılması ve sürtünmesiz sıvı iletimi için oldukça iletken elektrolitlerin oluşturulması için esastır.
Makalenin ilk yazarı Cambridge Yusuf Hamied Kimya Bölümü’nden Dr. Venkat Kapil’e göre, suyun davranışını anlamak tüm bu alanlardaki temel meseledir.
“Eşsiz tahmin kesinliği ile yöntemimiz, grafen benzeri bir kanalda tek bir su tabakasının analizini sağlar” diye açıklamada bulunuyor.
Araştırmacılar, nanokanal içindeki tek molekül kalınlığındaki su tabakasının zengin ve çeşitli bir faz davranışına sahip olduğunu keşfetti. Yöntemleri, suyun yüksek bir elektrik iletkenliğine sahip olduğu süperiyonik bir faz ve bir katı ile bir sıvı arasında bir aracı olan hekzatik faz da dahil olmak üzere bir dizi fazı tahmin eder.
Kapil, iki boyutlu malzemelerle ilgili önceki teorilere göre, altıgen fazın ne katı ne de sıvı olmayan bir ara durum olduğunu söyledi. Bizim yöntemimize göre, bu aşama, bir grafen kanalına su dahil edilerek deneysel bir ortamda da gözlemlenebilir.
“Süperiyonik fazlar olağandışıdır çünkü tipik olarak yalnızca Uranüs ve Neptün gibi gezegenlerin çekirdekleri gibi aşırı kurak ortamlarda meydana gelirler. Bu faz, oksijen atomlarından oluşan katı bir kafes olarak hayal edilebilir ve protonların bir sıvı bir labirentte gezinen çocuklar gibi içinden aktığı düşünülebilir.”
Bu süperiyonik fazın elektriksel iletkenliği, gelecekteki elektrolit ve pil malzemeleri için önemli olabileceğine inanan araştırmacılara göre, mevcut pil malzemelerininkinden 100-1000 kat daha fazladır.
Bulgular, “nano-kapatmanın”, suyun nano ölçekte nasıl davrandığını anlamamıza yardımcı olmasının yanı sıra, diğer malzemelerdeki süper iyonik aktiviteyi tanımlamak için yeni bir yöntem olabileceğini düşündürmektedir.
Kaynak: phys.org
