Мы уже писали, что американские ученые впервые смогли наблюдать за конденсацией молекул воды на поверхности при обычных условиях (см. статью http://www.nanonewsnet.ru/…tury-molekul). Американцы также заявляют, что лед образуют два первых мономолекулярных слоя молекул воды, в то время как последующие слои формируются в капли жидкости.

Поскольку вода может присутствовать на многих поверхностях, результаты исследования могут найти применение во многих областях – от более детального понимания механизмов, лежащих в основе эрозии до разработки полупроводников или наноустройств нового типа.

Определение свойств первых молекулярных слоев воды на поверхности обычно представляет собой непростую задачу, потому что, как правило, при комнатной температуре и обычном давлении молекулы воды достаточно слабо взаимодействуют с поверхностью. Из-за этого обстоятельства попытки наблюдать за образованием первых слоев конденсированной воды с помощью атомно-силового микроскопа высокого разрешения [atomic force microscopy (AFM)], приводят к тому, что зонд атомно-силового микроскопа просто «расталкивает» молекулы воды.

Для преодоления этих трудностей исследователи из группы Джеймса Хита (James Heath) из Калифорнийского технологического института «зажали» сверхтонкие слои воды, между тонким слоем слюды (алюмосиликатного минерала) и графена (двухмерной кристаллической аллотропной модификации углерода).

Хит поясняет, что графен играет роль своего рода термоусадочной пленки, способствующей тому, что молекулы воды не покидают поверхность слюды. Слой графена препятствует движению слоев воды, не нарушая при этом их структуру, что позволяет наблюдать расположение молекул конденсирующейся воды с помощью атомно-силового микроскопа.

Рис. 1. Слой графена удерживает молекулы воды на поверхности слюды, такой подход позволяет следить за ними с помощью атомно-силового микроскопа (рисунок из Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1192907).

Исследователи проводили эксперименты при комнатной температуре, варьируя влажность для того, чтобы со слюдой были связаны слои воды различной толщины. По словам Хита, два первых связанных со слюдой слоя воды, каждый – мономолекулярной толщиной представляют собой лед; молекулы воды, собирающиеся над этими двумя слоями, формируют водяные капли. Исследователи, отмечают, что результаты их исследования могут быть использованы не только для воды, но и для объяснения поведения других растворителей, образующих плоские мономолекулярные слои.

Андре Гейм (Andre Geim) из Университета Манчестера, первооткрыватель графена, поражен таким способом применения открытого им материала. Он заявляет, что практически все ва этом мире покрыто водой, поэтому работа Хита представляет собой очевидный прорыв для исследователей, изучающих особенности абсорбции воды на поверхность. По словам Гейма, возможность непосредственного наблюдения твердых бимолекулярных слоев льда в результате конденсации воды представляет собой уникальный научный результат, и у метода Хита, очевидно, впереди большое будущее.

По материалам: