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水分子与疏水表面的相互作用无处不在

2021-12-24 11:08:55 互联网 来源:
导读 从落在睡莲蜡质表面的雨滴到脱盐膜的效率,水分子与疏水“疏水”表面的相互作用无处不在。KAUST的研究人员表明,当一个薄水层夹在两个疏水

从落在睡莲蜡质表面的雨滴到脱盐膜的效率,水分子与疏水“疏水”表面的相互作用无处不在。KAUST的研究人员表明,当一个薄水层夹在两个疏水表面之间时,相互作用变得更加有趣。

20世纪80年代初,研究人员首次注意到,当两个疏水表面在水中慢慢放在一起时,会产生意想不到的效果。KAUST海水淡化和再利用中心的Himanshu Mishra说:“在某个时候,两个表面突然跳起来,就像两个磁铁放在一起一样。”米什拉的实验室研究了各种长度的水,从减少农业用水量到单个水分子的特性。

研究人员无法在分子水平上解释这一现象,因此在2016年,Mishra组织了一次关于这一主题的KAUST会议。他说:“我们聚集了这一领域的领导者——实验学家和理论家——并引发了一场关于疏水表面力理解的激烈辩论。”

部分挑战在于疏水相互作用是水独有的。米什拉实验室博士后研究员佛什雷斯塔解释说:“从其他液体中获得见解或在水中加入助溶剂是不可行的:相互作用大大减少或消失了。”

受到会议的启发,米什拉提出了将普通水与“重水”进行比较的想法,其中氢原子被较重的氢同位素氘所取代。

“我们的表面力测量显示,H 2 O的吸引力总是比D 2 O高10%左右,”Sreekiran Pillai博士说。米什拉实验室的学生。研究小组与加州大学圣地亚哥分校的托德帕斯卡合作,得出了一个解释。

物体越小,受经典物理定律控制越严格,受量子效应影响越大。微小的氢原子是一个量子物体,有时像粒子,有时更像波。氘的重量是氢的两倍,受量子效应影响较小。结果,当d2o被挤压在两个疏水表面之间时,其不稳定性低于H2O,水分子之间的氢键断裂。

米什拉说,这一发现可能具有现实意义。"例如,这些发现可能有助于开发用于分子分离的纳米流体平台."

马克斯普朗克聚合物研究所所长米夏波恩教授解释说:“这项令人印象深刻的研究表明,水中的量子核效应如何在纳米尺度上变得非常重要。”“研究结果表明,从根本上来说,关于水的知识还是很多的,但它与纳米尺度的有限水如用于水净化和脱盐的纳米孔直接相关。”


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