p Água e gelo podem não estar entre as primeiras coisas que vêm à mente quando você pensa sobre nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs), mas uma equipe de pesquisa baseada no Japão na esperança de obter uma compreensão mais clara do comportamento de fase da água confinada nos poros cilíndricos dos nanotubos de carbono se concentrou nas propriedades da água confinada e fez algumas descobertas surpreendentes. p O time, da Tokyo Metropolitan University, Universidade de Nagoya, Agência de Ciência e Tecnologia do Japão, e Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, descreve suas descobertas no American Institute of Physics ' Journal of Chemical Physics .

p Embora os nanotubos de carbono consistam em folhas de grafeno hidrofóbicas (repelentes de água), estudos experimentais sobre SWCNTs mostram que a água pode de fato ser confinada em nanotubos de carbono abertos.

p Esta descoberta nos dá uma compreensão mais profunda das propriedades da água nanoconfinada dentro dos poros de SWCNTs, que é a chave para o futuro da nanociência. Antecipa-se que a água nanoconfinada dentro dos nanotubos de carbono pode abrir a porta para o desenvolvimento de uma variedade de novas nanotubos - sistemas de nanofiltração, nanoválvulas moleculares, bombas de água molecular, células de energia em nanoescala, e até mesmo dispositivos ferroelétricos em nanoescala.

p "Quando os materiais são confinados na escala atômica, eles exibem propriedades incomuns não observadas de outra forma, devido ao chamado 'efeito de nanoconfinamento'. Em geologia, por exemplo, a água nanoconfinada fornece a força motriz para a geada no solo, e também para o inchaço de minerais de argila, "explica Yutaka Maniwa, professor do Departamento de Física da Universidade Metropolitana de Tóquio. "Estudamos experimentalmente esse tipo de efeito para a água usando SWCNTs."

p A água dentro dos SWCNTs na faixa de 1,68 a 2,40 nanômetros sofre um tipo de transição úmido-seco quando a temperatura diminui. E a equipe descobriu que quando os SWCNTs são extremamente estreitos, a água dentro forma gelados tubulares que são bastante diferentes de quaisquer gelados a granel conhecidos até agora. Surpreendentemente, seu ponto de fusão aumenta à medida que o diâmetro SWCNT diminui - ao contrário da água a granel dentro de um capilar de grande diâmetro. Na verdade, o gelo tubular ocorreu mesmo à temperatura ambiente dentro dos SWCNTs.

p "Estendemos nossos estudos para os SWCNTs de maior diâmetro até 2,40 nanômetros e propusemos com sucesso um comportamento de fase global da água, "diz Maniwa." Este diagrama de fase (ver figura) cobre um cruzamento de regiões microscópicas para macroscópicas. Na região macroscópica, uma nova transição úmido-seco foi recentemente explorada em baixa temperatura. "

p Resultados como esses contribuem para uma maior compreensão da ciência fundamental, porque a água nanoconfinada existe e desempenha um papel vital em todos os lugares da Terra - incluindo nossos corpos. "Compreender o efeito nanoconfinado nas propriedades dos materiais também é crucial para desenvolver novos dispositivos, tais como membranas condutoras de prótons e nanofiltração, "Maniwa observa.

p Próximo, a equipe planeja investigar as propriedades físicas da água confinada descobertas até agora dentro dos SWCNTs (como dieletricidade e condução de prótons). Eles vão buscar isso para obter uma melhor compreensão da estrutura molecular e propriedades de transporte em sistemas biológicos.