Учёные из Аргоннской национальной лаборатории (США) провели
исследования воды, находящейся в одностенной нанотрубке из углерода. Эксперименты по рассеянию
нейтронов и расчёты показали, что молекулы воды необычным образом упакованы внутри нанотрубки и
проявляют интересные свойства.
Поведение воды, ограниченной в одномерных каналах, представляет большой интерес для биологии,
геологии и материаловедения. Чрезвычайно удобно изучать свойства такой воды, поместив её в
одностенную углеродную нанотрубку, так как молекулы воды слабо взаимодействуют с атомами
углерода.
Физики из Аргоннской национальной лаборатории провели эксперименты по упругому рассеянию
нейтронов на воде в нанотрубках и выполнили компьютерные расчёты методом молекулярной динамики
[1]. Результаты их исследований показали, что вдоль оси нанотрубки из углерода молекулы воды
образуют одномерный «водяной провод». Такую «воду» окружает цилиндр из жестко связанных молекул
воды, то есть изо льда, который коаксиален цилиндру самой нанотрубки.
Водородные связи в «водяном проводе» ослаблены, что ведет к тому, что одномерная вода остаётся
жидкой при температурах значительно ниже температуры замерзания нормальной воды и к более
свободному перемещению протонов вдоль цепи.
Учёные планируют изучение воды в одностенных углеродных нанотрубках меньших диаметров, более
близких к диаметру естественных каналов в мембранах белков. Они также собираются исследовать
термодинамические свойства воды в нанотрубках, которые, как ожидается, имеют значительные
температурные аномалии по сравнению с обыкновенной водой.
Выявленная необычная архитектура воды внутри нанотрубки и удивительные свойства такой воды
могут помочь в объяснении явлений переноса воды из почвы в растения, транспорта протонов сквозь
мембраны белков и др.
1. A. Kolesnikov et al. Physical Review Letters – to be published. Physics News Update Number 689 #1, June
21, 2004
