Φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Αμβέρσας αποκάλυψαν τους λόγους πίσω από μια ασυνήθιστη, κατευθυντικά εξαρτώμενη συμπεριφορά του νερού όταν αυτό βρίσκεται εγκλωβισμένο σε στενά κενά μεταξύ δύο επιφανειών.
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters, εξηγεί πώς η φυσική συμπεριφορά των μορίων και τα δίκτυα δεσμών υδρογόνου δημιουργούν δραστικά διαφορετικές διηλεκτρικές αποκρίσεις ανάλογα με την κατεύθυνση του πεδίου.
Η συμπεριφορά του νερού σε νανοκλίμακα
Τα διηλεκτρικά υλικά αποτελούνται από μόρια με ενσωματωμένα ηλεκτρικά διπόλα, τα οποία περιστρέφονται όταν εκτίθενται σε ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Στο κανονικό νερό, τα μόρια σχηματίζουν δίκτυα δεσμών υδρογόνου με τυχαίο προσανατολισμό, τα οποία πολarίνονται εύκολα. Ωστόσο, όταν το νερό περιορίζεται ανάμεσα σε επίπεδες πλάκες με απόσταση λίγων νανομέτρων, η διηλεκτρική του απόκριση αλλάζει ριζικά.
Όπως έδειξαν οι ερευνητές, όταν το ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται παράλληλα προς το επίπεδο του εγκλωβισμένου νερού, η απόκριση είναι πάνω από δέκα φορές ισχυρότερη σε σύγκριση με το ελεύθερο νερό, ενώ σχεδόν εξαφανίζεται όταν το πεδίο εφαρμόζεται κάθετα.
Ο ρόλος των συλλογικών μοριακών κινήσεων
Τα προηγούμενα μοντέλα δεν μπορούσαν να εξηγήσουν πλήρως αυτό το φαινόμενο, καθώς δε λάμβαναν υπόψη τις συσχετίσεις μεταξύ των διπόλων που προκαλούνται από το δίκτυο δεσμών υδρογόνου. Το νέο μαθηματικό μοντέλο που ανέπτυξαν οι επιστήμονες έδειξε ότι οι διακυμάνσεις των διπόλων ενισχύονται κατά μήκος του επιπέδου του εγκλωβισμένου νερού αλλά καταστέλλονται στην κάθετη διεύθυνση.
Τα ευρήματα αυτά αποδεικνύουν ότι οι ασυνήθιστες ιδιότητες του περιορισμένου νερού πηγάζουν από τις συλλογικές κινήσεις των μορίων και όχι απλώς από τη γεωμετρία του στενού χώρου, προσφέροντας πολύτιμες γνώσεις για τον σχεδιασμό προηγμένων νανορευστικών συσκευών και μεμβρανών.