Нанотрубки раздулись от воды

Американские ученые запустили воду внутрь углеродных нанотрубок и изучили ее поведение внутри сверхузких каналов. В итоге выяснилось, что даже американские ученые пока не умеют работать с углеродными наноматериалами.

Сотрудники Ливерморской национальной лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory) провели ЯМР-эксперименты по изучению взаимодействия воды с однослойными нанотрубками. И ощутили все сложности работы с ними.

• * *

• ЯМР (ядерный магнитный резонанс) – физико-химический метод исследования.

Основан на взаимодействии ядер имеющих ненулевой спин с внешним магнитным полем. Такими свойствами, например, обладают ядра 1H, 13C, 17O, 31P и некоторые другие. Поскольку протий распространен в природе и почти во всех органических молекулах, то наиболее распространена спектроскопия 1H. Ядра атомов одного и того же изотопа различимы в спектре из-за своего химического окружения. Соседние атомы формируют локальные изменения во внешнем магнитном поле.

Метод широко используется в научной и повседневной практике. За его разработку и развитие в разные годы было вручено целых 4 нобелевских премии.

• * *

В последнее время появилось много теоретических работ по моделированию движения потоков воды через нанотрубки. Среди гипотез, высказанных учеными, например, существование жидкой фазы на углеродной поверхности при низких температурах (ниже обычной температуры замерзания воды в 0 °С) и перемещение воды без трения вдоль одной координаты со скоростью 30 молекул в наносекунду. Так что любой эксперимент может внести ясность в этот теоретический сумбур.

Чтобы изучить состояние молекул воды внутри наноканалов, ученые использовали метод ядерного магнитного резонанса.

• * *

• Нанотрубки — аллотропная модификация углерода, основу которой составляют свернутые углеродные плоскости.

Существуют открытые и закрытые нанотрубки, однослойные и многослойные. В зависимости от строения, имеют металлическую проводимость или полупроводниковую. Имеют очень высокую механическую прочность и уже предполагается их использование в бронежилетах.

Открытие углеродных нанотрубок приписывают Сумио Ииджиме, первым детально описавшему их с помощью физических методов в 1991 году. Однако потом на волне широкого научного и общественного интереса к данному типу материалов был найден целый ряд публикаций, так или относящихся с цилиндрическим углеродным поверхностям, которые в силу тех или иных причин не вызвали столь широкого резонанса. Например, ещё в 1952 году в журнале физической химии год была опубликована статья Радушкевича и Лукьяновича «О структуре углерода, образующегося при термическом разложении окиси углерода на железном контакте», в которой описаны образования с диаметром 50 нанометров.

• * *

Для работы они использовали нанотрубки со средним диаметром 1 нанометр двух типов – закрытые и открытые. В закрытые нанотрубки вода, естественно, поступать не может, так что их использовали в качестве контрольной группы. И, конечно, смешивание воды с закрытыми нанотрубками не привело к получению особого типа молекул воды. Данные ЯМР показали, что существует только один тип протонов, полностью идентичный обычной жидкой воде. В экспериментах с открытыми трубками, то есть имеющими сквозные каналы, появлялся еще один тип протонов, соответствующий молекулам воды, находящимся внутри наноканала.

Правда, исследователи столкнулись с тем, что количество воды с параметрами протонов «внутри нанотрубкок» примерно в три раза больше, чем теоретически может вместить их внутренний объем. Что без должного объяснения делает результаты эксперимента бессмысленными.

Вообще, в изучении новейших углеродных наноматериалов (нанотрубок и графена) теоретические предсказания и восторги на их основе сильно опережают количество реальных практических наработок. Нанотрубки, использовавшиеся в данной работе, имеют до 5% примесей. Даже если бы группа получила результаты, вписывающиеся в рамки здравого смысла, вряд ли на их основе можно судить о каких бы то ни было эффектах углеродной поверхности нанотрубок или эффекта сжимания жидкости в канале.

• Графен тоже манит ученых своими уникальными свойствами, однако его вообще нельзя получить в чистом виде, так как он сворачивается в неплоские структуры. Остается надеяться на то, что шумиха вокруг углеродных наноматериалов оправдает себя в ближайшие годы.
• Результаты работы опубликованы в последнем номере Nature Letters.

Андрей Солдатов

www.akado.com/…6/nanowater/

LLNL researchers peer into water in carbon nanotubes

https://publicaffairs.llnl.gov/…8-06-09.html

Ну, это здОрово! Ведь когда получаются парадоксальные результаты, это вызывает дополнителный интерес и усиленное внимание со стороны исследовательского сообщества. Это может оправдать бОльшее число учёных, «удовлетворяющих своё любопытство за казённый счёт»…;-))) С другой стороны, возможно, здесь кроется какой-то интересный феномен, эффект, который, может быть, удастся использовать затем и для практических целей…