Команда из Georgia Institute of Technology обнаружила, что свойства воды претерпевают значительные изменения, если она течет в канальцах менее 2 нм шириной. Там вода более напоминает вязкую патоку.
Обычная вода представляет собой неупорядоченное текучее вещество. 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 Elisa Riedo и ее коллеги изучили 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 силы будут не очень велики, т.к. вязкость воды мала. 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 слоев в жидкости.
Сжатая водная пленка ведет себя как твердое тело в вертикальном направлении, 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.
Расхождение своих данных с ранее опубликованными работами исследователи объясняют тем, что прежние технологии не позволяли точно измерить силу взаимодействия иглы и воды при толщине слоя меньше двух нанометров.
Ученые провели серию экспериментов на разных поверхностях. Они обнаружили, что эффект образования слоев был более ярко выражен на гидрофильных поверхностях.
Также была определена не только вертикальная сила отталкивания, но и вязкость слоя путем измерения латеральной силы. Оказалось, что на гидрофильной поверхности вязкость начинает значительно увеличиваться, когда толщина слоя достигает 1,5 нм. При дальнейшем сжатии вязкость возрастает на несколько порядков. На гидрофобных поверхностях такой эффект не был обнаружен.
По мнению исследователей, вязкая вода может оказаться превосходной смазкой, что может быть успешно использовано в ряде нанотехнологичных приложений, например, при конструировании наноустройств. Понимание свойств воды на наноразмерном уровне также будет полезным в таких областях как биология и фармацевтика, где очень важен перенос жидкостей через наноразмерные каналы и поры.
