Andrey Geim och Konstantin Novoselov har räknat ut hur man gör vatten "dött" och berövar det dess unika upplösningsegenskaper, och experimenterar med de finaste "smörgåsarna" av grafit och bornitrid, enligt en artikel publicerad i tidskriften Science.
"Dött vatten" är inte bara ett intressant vetenskapligt fenomen, dess upptäckt har ganska specifika tillämpningar för andra vetenskaper, särskilt biologi. Det hjälper oss att förstå varför vatten är så viktigt för livets existens. Med tanke på den roll som vatten spelar i bildandet av proteinmolekyler kan vi säga att tunna lager av vatten är livets skulptörer i bokstavlig och figurativ mening, säger Andrey Geim från University of Manchester (UK).
Vatten är, som forskare förklarar, idag ett av de mest mystiska ämnena på jorden. Till skillnad från sina "grannar" i det periodiska systemet har kombinationen av väte och syre en onormalt hög kok- och fryspunkt, ovanlig värmekapacitet och förmågan att lösa upp ett stort antal organiska och oorganiska föreningar.
Denna "skicklighet" av vatten är i sin tur associerad med dess andra fysiska egenskap - ett högt elektriskt dipolmoment. Med detta ord förstår forskare hur de positiva och negativa laddningarna fördelas över molekylen. Vattenmolekyler har ett mycket högt dipolmoment, eftersom elektronerna i den "lockas" till syreatomen och de positivt laddade väteatomerna tvärtom avlägsnas från dem.
Forskare har länge undrat om det behåller dessa egenskaper i fall där vattenmolekyler staplas i några lager, eller om de ändras till något helt annat.
Game, Novoselov och deras universitetskollegor löste detta problem genom att experimentera med märkliga "smörgåsar" som sattes samman av ultratunna grafitplattor och tvådimensionella bornitridfilmer, strukturerade på ungefär samma sätt som grafen, för vars upptäckt ryska-brittiska fysiker fick Nobelpriset. 2010.
Med hjälp av ett grafitark som en "grund" lade forskarna bornitridfilmerna ovanpå det på ett sådant sätt att de fick ett slags "hus" med många separata "rum" i bredd och höjd på flera tiotals nanometer. Tack vare detta kunde ett mycket litet antal vattenmolekyler komma in i sådana slitsar, vilket gjorde det möjligt för Geim och hans team att mycket noggrant mäta deras dielektriska och andra fysiska egenskaper.
För att göra detta förde forskarna nålen till ett överkänsligt atomkraftmikroskop till varje sådant "rum" och observerade hur väl det elektriska fältet trängde igenom "sandwich" av platta halvledarmaterial och vatten och ändrade höjden och bredden på hela denna struktur.
Kampanjvideo:
Som framgår av dessa observationer förändrades vätskans egenskaper dramatiskt om tjockleken på dess skikt närmade sig två nanometer. I detta fall blev vattnet "dött" och förlorade sina fantastiska dielektriska egenskaper och upphörde att vara ett universellt lösningsmedel.
”Vi visste att egenskaperna hos tunna lager vatten skulle skilja sig mycket från hur en” normal”vätska beter sig, men vi visste inte hur. Vi blev förvånade över att de verkligen var annorlunda, men inte i den riktning vi förväntade oss - små mängder vatten hade en extremt låg snarare än en hög grad av polarisering, tillägger Laura Fumagalli, en kollega till Geim.
En sådan upptäckt, som den rysk-brittiska fysikern konstaterar, är mycket viktig i samband med att studera livets utveckling och söka efter medmänniskor, eftersom tunna filmer av vatten kan spela en viktig roll i utvecklingen av de första komplexa kemiska molekylerna, inklusive DNA, och i de första invånarnas liv. Jorden.
