Вода поводиться дивним чином в обмеженому просторі: що з'ясували фізики
Результати нового дослідження будуть корисні для молекулярної біології та фармацевтики.
Фізики використали ШІ, щоб з'ясувати, як змінюються електричні властивості води, коли вона потрапляє в нанометрові циліндри з чистого вуглецю. Було виявлено дивну поведінку води. Результати дослідження опубліковані в The Journal of Physical Chemistry Letters, пише ScienceAlert.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Вода здається простою сполукою, але це не так. Усередині кожної молекули води є один атом кисню, який впливає на два атоми водню і створює дисбаланс у заряді, відомий як диполь. Через цей дисбаланс вода має незвичайні властивості, які дають їй змогу вільно розташовуватися на поверхнях або поширюватися в найрізноманітніших конфігураціях під час замерзання.
Молекули води, поміщені в гідрофобну вуглецеву нанотрубку, посилюють взаємодію з електричним полем завдяки обмеженому простору. Але чому і як це відбувається досі вчені повністю не розуміли. За словами авторів дослідження, краще розуміння діелектричного відгуку води в обмеженому просторі є важливим для розуміння та покращення сучасних технологій.
Діелектричний ефект описує, як такі матеріали, як вода, реагують на електричні поля. Там, де провідні матеріали передають електричний заряд у формі струму, заряджені компоненти діелектричних матеріалів повертаються та розташовуються таким чином, щоб забезпечити зворотний зв'язок із ширшим електричним полем.
Під час минулих досліджень учені вже розміщували молекули води у вуглецеві нанотрубки діаметром менше 10 нанометрів. Тоді вони виявили новий стан води, який сприяв швидшому перенесенню протонів одновимірними ланцюжками молекул води.
Але пояснити ці результати було непросто, тому фізики використали ШІ для розуміння поведінки молекул води та створили моделювання. Це дало змогу отримати повнішу картину, яка включала квантові ефекти для розрахунку потенційної енергії та опису коливання окремих молекул.
У результаті було виявлено електронну структуру, яка будується паралельно стінкам вуглецевої трубки, спускаючись донизу по осі водяного стовпа.
У моделюванні діелектрична проникність на осі вуглецевих нанотрубок збільшувалася в міру зменшення діаметра трубок. Вона досягала піку при діаметрі 0,79 нанометрів, де молекули води змушені вибудовуватися в одну лінію.
Розуміння посилення діелектричного ефекту води в таких малих масштабах може надати молекулярним біологам важливі підказки щодо течії води та інших матеріалів через крихітні клітинні канали або допомогти вченим адаптувати фармацевтичні препарати, які могли б працювати ефективніше в розчинах, обмежених невеликим простором.
Як уже писав Фокус, вчені створили новий надчорний матеріал, який поглинає 99% світла. Творці матеріалу вважають, що його можна застосовувати в усьому: від космічних телескопів до предметів розкоші.
Також Фокус писав про те, що фізики з'ясували, що завадило бозону Хіггса на самому початку історії Всесвіту знищити весь космос.