Вуглецеві нанотрубки перетворюють воду в лід при температурі вище точки її кипіння

Вуглецеві нанотрубки

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту виявили, що вода, яка знаходиться всередині порожнини крихітних вуглецевих нанотрубок, може перебувати в замороженому стані при температурах, значно перевищують точку її кипіння.

Поки що не можна точно сказати, які наслідки можуть привести результати даних дослідження. Така екзотична стан води може бути використано для створення не менше екзотичних речей, таких, як “крижані” нанопровідники з протонною провідністю, наприклад.

Відомо, що температура є не єдиним фактором, що визначає точку переходу між різними агрегатними станами води. На цю справу дуже впливає тиск, зниження якого змушує воду кипіти при більш низькій температурі. Більш того, вченим вже деякий час було відомо, що вода починає вести себе вкрай дивно, коли вона обмежена чимось, розміри чого обчислюються нанометрами. Раніше в цьому році вчені з Національної лабораторії Ок-Рідж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) навіть виявили четвертий агрегатний стан води , молекули якої були поміщені всередину крихітних каналів.

“Якщо рідина помістити в якусь нанорозмірну “ємність “, її поведінку по відношенню до фазових переходів кардинально зміниться” – розповідає Майкл Страно (Michael Strano), провідний дослідник, – “І цей ефект виявився набагато сильнішим, ніж ми очікували”.

Всі спостереження за молекулами води проводилися за допомогою технології вібраційної спектросопіі, яка дозволяє визначити параметри руху молекул і, як наслідок, в якому з агрегатних станів знаходиться досліджувана речовина.

Перед початком досліджень вчені очікували побачити не дуже великі зміни температури кипіння і замерзання води. Однак, на практиці вчені зареєстрували щось, абсолютно протилежне їх очікуванням, замість очікуваного зниження, температура точки замерзання води перемістилася значно вище. Вода, що знаходиться всередині порожнини вуглецевих нанотрубок, перебувала в замороженому стані в діапазоні від 105 до 151 градусів Цельсія. Спочатку вчені намагалися пояснити спостережувані ними ефекти малої точністю вироблених вимірів і похибкою експериментів. Однак, після самих ретельних перевірок було з’ясовано, що вимір діаметра нанотрубок на 0.01 нанометра призводить до зміщення точки замерзання води на десятки градусів.

Те, що вода всередині нанотрубок перебувала в замерзлому стані, ще не означає, що вона перетворилася в звичайний лід. Незважаючи на всі зусилля і використані технології, вчені не змогли отримати підтвердження існування всередині нанотрубки кристалічною структури, відповідної структурі звичайного прозорого льоду.

Ще одним цікавим моментом, який продовжує залишатися загадкою для вчених, є те, як молекули води проникли всередину вуглецевих нанотрубок, з огляду на те, що нанотрубки є супергідрофобним (водовідштовхувальним) матеріалом?

Так як даний напрямок науки можна назвати “незвіданим краєм”, вчені ще не знають, як можна використовувати на практиці цей дивний матеріал? Однак, вже висловлені припущення, що замерзла при кімнатній температурі вода може стати основою так званих “крижаних провідників”, які зможуть стати провідниками для протонів і мати протонную провідність в десятки разів краще, ніж у будь-якого з інших існуючих матеріалів.