Свойства воды претерпевают значительные изменения, если она течет в канальцах менее 2 нм шириной: она перестает быть «водянистой» и более напоминает вязкую патоку.
Нановоды: Когда вода перестает быть водой
Вода, протекающая между поверхностью и иглой атомно-силового микроскопа, формирует слои

У большинства веществ при переходе из жидкого состояния в твердое плотность увеличивается, но с водой такого не происходит: плотность льда меньше, чем у воды. Поэтому многие ученые считают, что и в сжатом состоянии (например, в нанометровом канале) вода сохранит свойства жидкости.

Однако, когда физик Элиза Рьедо (Elisa Riedo) с коллегами начали изучать протекание воды сквозь наноразмерный канал, оказалось, что вода формирует слои. Эксперимент был выполнен при помощи иглы атомно-силового микроскопа: измерялась сила, с которой вода давит на иглу при протекании под ней. Ожидалось, что из-за вязкости воды силы эти будут не очень велики. Но когда расстояние от иглы до поверхности составило около нанометра, прибор зафиксировал сильное отталкивание. При дальнейшем уменьшении расстояния эта сила начала осциллировать, что можно объяснить образованием в жидкости слоев.

Такая сжатая водная пленка в вертикальном направлении ведет себя как твердое тело, формируя слои, параллельные поверхности, в то время как в горизонтальном направлении она остается жидкой. Это похоже на некоторые типы жидких кристаллов. Поведение воды было теоретически смоделировано, и полученный результат хорошо согласуется с экспериментом.

Ученые провели серию экспериментов на разных поверхностях. Они обнаружили, что эффект образования слоев был более ярко выражен на гидрофильных поверхностях. Также была определена вязкость водного слоя: оказалось, что на гидрофильной поверхности вязкость начинает значительно увеличиваться, когда толщина слоя достигает 1,5 нм, а при дальнейшем сжатии вязкость возрастает на несколько порядков. По мнению исследователей, вязкая вода может оказаться превосходной смазкой, что может быть успешно использовано в ряде перспективных наноустройств. Понимание свойств воды на наноразмерном уровне будет полезным и в таких областях как биология и фармацевтика, где очень важен перенос жидкостей через наноразмерные каналы и поры.

Об атомно-силовой микроскопии читайте подробнее в статье: «Туннель в наномир».

«Нанометр»