Новое исследование визуализирует движение молекул воды

Исследовательская группа, возглавляемая лабораторией Oak Ridge, использовала сложную методику рентгеновского рассеяния для визуализации и количественного определения движения молекул воды в пространстве и времени, что дает новые идеи, которые могут открывать пути для электроники на основе жидкости.

Новый подход к изучению вязкости воды выявил новые представления о поведении молекул воды и может открыть пути для электроники на основе жидкости.

Группа исследователей, возглавляемая Национальной лабораторией Oak Ridge Министерства энергетики, использовала метод неупругого рентгеновского рассеяния с высоким разрешением для измерения сильной связи с атомом водорода, зажатым между двумя атомами кислорода. Эта водородная связь является квантовомеханическим явлением, ответственным за различные свойства воды , включая вязкость , которая определяет сопротивление жидкости течению или изменение формы.

В то время как вода является самым распространенным веществом на Земле, ее поведение на молекулярном уровне недостаточно изучено.
«Несмотря на все, что мы знаем о воде, это таинственная, нетипичная субстанция, которую нам нужно лучше понять, чтобы разблокировать ее огромный потенциал, особенно в области информационных и энергетических технологий», - сказал Такеши Эгами. Такеши Эгами,- уважаемый ученый / профессор, работающий через Центр Shull Wollan - Объединенный институт нейтронных наук, партнерство с ORNL-UT.

Исследование группы, опубликованное в Science Advances , показало, что можно исследовать динамику воды и других жидкостей в реальном времени. Предыдущие исследования предоставили снимки атомной структуры воды, но мало что известно о том, как двигаются молекулы воды .

«Водородная связь оказывает сильное влияние на динамическую корреляцию между молекулами по мере их перемещения по пространству и времени, но до сих пор данные, в основном благодаря оптической лазерной спектроскопии, дали широкие или« туманные »результаты с нечеткой специфичностью», - сказал Эгами.

Для более четкой картины совместная команда ORNL-UT использовала усовершенствованную рентгеновскую методику, известную как неупругое рентгеновское рассеяние, для определения молекулярного движения. Они обнаружили, что динамика кислород-кислородной связи между молекулами воды неожиданно не случайна, а очень скоординирована. Когда связь между молекулами воды нарушается, сильные водородные связи работают, чтобы поддерживать стабильную среду в течение определенного периода времени.

«Мы обнаружили, что количество времени, которое требуется молекуле для изменения ее« соседней »молекулы, определяет вязкость воды», - сказал Эгами. Это новое открытие будет стимулировать дальнейшие исследования по контролю за вязкостью других жидкостей.

Эгами рассматривает текущую работу в качестве плацдарма для более продвинутых исследований, которые будут использовать методы рассеяния нейтронов на источнике рассеяния в ORNL, отделе науки Министерства энергетики США, чтобы дополнительно определить происхождение вязкости и другие динамические свойства жидкостей.

Подход исследователей можно было бы также использовать для характеристики молекулярного поведения и вязкости ионных или соленых жидкостей и других жидких веществ, что помогло бы в разработке новых типов полупроводниковых приборов с жидкими электролитными изолирующими слоями, лучшими батареями и улучшенными смазочными материалами ,

Источник перевода