ملخصات الأبحاث

مخطط أطوار طبقة مفردة من ماء محتجز في تجاويف نانوية الحجم

.V. Kapil et al

  • Published online:

ينتشر الماء في التجاويف نانوية الحجم. وهو يلعب بهذه الخاصية دورًا بالغ الأهمية في ظواهر يومية يتناولها مجالا الجيولوجيا والبيولوجيا. ورغم هذا، يمكن أن تختلف خواص الماء النانوية اختلافًا كبيرًا عن تلك التي تميز كميات الماء الكبيرة، كما يتضح – على سبيل المثال – من الانخفاض العجيب لقيمة ثابت العزل الكهربائي للماء في القنوات النانوية، والذي يكاد يضاهي قيمة هذا الثابت حال تدفق الماء دون التأثر بقوة احتكاك، أو كما يتجلى فيما يخص إمكانية اتخاذ هذا الماء طورًا ذي شبكات بلورية مربعة الشكل. وتُوحي خواص كتلك بأن الماء المحتجز في تجاويف نانوية يمكن التلاعب بهندسته على نحوٍ يُتيح استخدامه في تطبيقات تقنيات علم الموائع النانوي، والإلكتروليتات، وتحلية المياه. غير أنه لسوء الحظ، أدت العقبات التي تعترض توصيف الخواص النانوية للماء تجريبيًا، وارتفاع تكلفة عمليات المحاكاة التي تستند إلى المبادئ النظرية الأولى، إلى الحيلولة دون الوصول إلى الفهم المطلوب لخواص الماء على المستوى الجزيئي، بهدف التحكم في سلوكه. وفي هذا البحث المنشور، دمج الفريق البحثي بين مجموعةٍ من النُهج الحوسبية التي تتيح دراسة قائمة على المبادئ النظرية الأولى لطبقة مفردة من الماء داخل قناة شبيهة بتجاويف الجرافين. ووجدوا أن طبقة الماء المفردة سلكت أطوارًا معقدة ومتنوعة مثيرة للدهشة، كانت فيها قابلة بدرجة كبيرة للتأثر بدرجات الحرارة وضغط فان دير فالس اللذين تعرضت لهما تلك القناة النانوية. وتبنأ الفريق البحثي بأنه إلى جانب الأطوار الجزيئية المتعددة التي اتسمت بدرجات حرارة انصهار ذات قيمٍ تزيد على 400 كلفن مع تزايد الضغط، أمكن للماء أن يتخذ طور توازن سداسي يتوسط الحالتين الصلبة والسائلة، وطورًا فائق التأين ذا قدرة عالية على توصيل الكهرباء تفوق قدرة مواد البطاريات على نقل الكهرباء. وتجدر الإشارة إلى أن هذه النتائج تشير إلى أن احتجاز الماء في تجاويف نانوية قد يُعد طريقًا واعدًا لإنتاج قدرة تأين فائقة به تحت ظروفٍ يُسهل تهيئتها.