Вода в нанотрубках приняла квадратную форму
Внутри нанотрубок из углерода и нитрида бора молекулы воды выстраиваются в структуры квадратного сечения. Результаты изложены в журнале Langmuir.
Молекулы взаимодействуют между собой посредством так называемых сил Ван-дер-Ваальса. При обычных условиях эти силы между частицами воды весьма малы, так что вода представляет собой жидкость. Однако если ее заключить внутрь другого вещества, то ситуация может измениться. В частности, ученые уже выяснили, что тонкие пленки воды между слоями графена превращаются в лед с необычной для этого соединения квадратной кристаллической решеткой.
В новой работе исследователи из Университета Райса (США) смоделировали поведение воды внутри нанотрубок из первых принципов, то есть с использованием фундаментальных законов физики без опоры на дополнительные эмпирические данные и приближения. Оказалось, что благодаря силам Ван-дер-Ваальса между стенками трубок определенного диаметра и молекулами могут появляться необычные конфигурации воды. В результате молекулы выстраиваются в плоскости по четыре штуки, также образуя структуру, напоминающую двумерный лед.
«Если нанотрубки очень малы и могут вместить только одну молекулу воды, то ничего особенного не происходит, — говорит руководитель коллектива авторов Рузбех Шахсавари. — Если они слишком большие, то вода находится в обычном аморфном состоянии. Однако при диаметре около 8 ангстрем силы Ван-дер-Ваальса со стороны стенок заставляют молекулы воды собираться в определенные квадратные структуры».
Подобный «нанотрубный лед» может пригодиться при создании молекулярных машин или в качестве крошечных капилляров, а также для обеспечения доставки строго определенного количества молекул и растворенных в них веществ для медицинских целей, то есть в виде наномасштабного шприца.
Исследователи создали математическую модель эпилепсии