კემბრიჯის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ წყალი ერთმოლეკულიან ფენაში როგორ თხევადი და მყარი ისე არ მოქმედებს, არამედ მაღალი წნევის დროს ხდება გამტარი.

ბევრი რამ არის ცნობილი იმის შესახებ, თუ როგორ იქცევა წყალი: გაყინვისას ფართოვდება და აქვს მაღალი დუღილის წერტილი. თუმცა, როდესაც წყალი იკუმშება ნანომასშტაბამდე, მისი თვისებები მკვეთრად იცვლება.

ახლა კი, ამ უჩვეულო ქცევის უპრეცედენტო სიზუსტით პროგნოზირების ახალი ხერხის შემუშავებით, მკვლევრებმა მოლეკულურ დონეზე წყლის რამდენიმე ახალი ფაზა აღმოაჩინეს.

მემბრანებს შორის ან პატარა ნანომასშტაბიან ღრუებში ჩარჩენილი წყალი ჩვეულებრივი მოვლენაა — ის გვხვდება ყველაფერში, ჩვენი სხეულის გარსებიდან გეოლოგიურ წარმონაქმებამდე. თუმცა, ასეთი წყალი ძალიან განსხვავებულია იმ წყლისგან, რომელსაც ჩვენ ვსვამთ.

აქამდე, ნანომასშტაბზე წყლის ფაზების ექსპერიმენტების სირთულე ხელს უშლიდა მისი ქცევის სრულ გაგებას. თუმცა, ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნებულ ნაშრომში, კემბრიჯის გუნდმა აღწერა, თუ როგორ გამოიყენეს გამოთვლითი მიდგომა წყლის ერთი მოლეკულური სქელი ფენის ფაზური დიაგრამის უპრეცედენტო სიზუსტით პროგნოზირებისთვის.

მკვლევრებმა დაადგინეს, რომ წყალი, რომელიც შემოიფარგლება ერთი მოლეკულის სქელ ფენაში, გადის რამდენიმე ფაზაში, მათ შორის "ჰექსატურ" და "ზედაპირულ" ფაზებს. ჰექსატურ ფაზაში წყალი არ მოქმედებს როგორც მყარი და თხევადი, არამედ რაღაც შუალედურია. სუპერიონურ ფაზაში, რომელიც გვხვდება უფრო მაღალ წნევაზე, წყალი ხდება უაღრესად გამტარი და სწრაფად ატარებს პროტონებს ყინულში ისე, როგორც ელექტრონების ნაკადს გამტარში.

წყლის ქცევის ნანო მასშტაბზე გაგება გადამწყვეტია მრავალი ახალი ტექნოლოგიისთის. ეს შეიძლება მნიშვნელოვანი იყოს მედიცინის მხრივაც.

"ყველა ამ სფეროსთვის, წყლის ქცევის გაგება ფუნდამენტური საკითხია. ჩვენი მიდგომა საშუალებას იძლევა შევისწავლოთ წყლის ერთი ფენა გრაფენის მსგავს არხში უპრეცედენტო სიზუსტით", — ამბობენ მკვლევრები.

მკვლევრებმა დაადგინეს, რომ ნანოარხში წყლის ერთი მოლეკულის სქელი ფენა ასახავდა მრავალფეროვან ფაზურ ქცევას. მათი მიდგომა წინასწარმეტყველებს რამდენიმე ფაზას, რომელიც მოიცავს ჰექსატიურ ფაზას — შუალედს მყარსა და თხევადს შორის — და ასევე სუპერიონურ ფაზას, რომელშიც წყალს აქვს მაღალი ელექტრული გამტარობა.

"ჰექსატური ფაზა არ არის არც მყარი და არც თხევადი, არამედ შუალედურია, რომელიც ეთანხმება წინა თეორიებს ორგანზომილებიანი მასალების შესახებ. ჩვენი მიდგომა ასევე ვარაუდობს, რომ ამ ფაზის ექსპერიმენტულად დანახვა შესაძლებელია ნანოარხებში წყლის შეზღუდვით", — ამბობენ მკვლევრები.

მკვლევრები აღნიშნავენ, რომ ეს სუპერიონური ფაზა შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი მომავალი ბატარეის მასალებისთვის, რადგან ის აჩვენებს 100-დან 1000-ჯერ უფრო მაღალ ელექტროგამტარობას.

შედეგები არამარტო დაგვეხმარება იმის გაგებაში, თუ როგორ მუშაობს წყალი ნანომასშტაბში, არამედ ეს შეიძლება იყოს ახალი გზა სხვა მასალების სუპერიონური ქცევის გაგებაში.