Hielo cuadrado en nanocapillares de grafeno

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Nanotecnología La nanotecnología es la nanotecnología.
• Química Física es la química física.

Sus antecedentes:

• El agua existe en varias fases masivas, incluido el hielo hexagonal, y también en formas de baja dimensión adsorbidas en las interfaces o confinadas en los poros.
• El agua confinada juega un papel crucial en diversos campos científicos, pero su análisis estructural experimental sigue siendo un desafío.
• El confinamiento hidrofóbico es un entorno clave donde pueden formarse fases únicas de agua.

Objetivo del estudio:

• Para investigar experimentalmente la estructura cristalina del agua confinada dentro de nanocanales hidrofóbicos.
• Para caracterizar la fase y la simetría del agua nanoconfinada en condiciones ambientales.

Principales métodos:

• Se empleó microscopía electrónica de alta resolución para obtener imágenes de agua confinada entre dos láminas de grafeno.
• Se llevaron a cabo simulaciones de dinámica molecular para apoyar las observaciones experimentales y explorar el comportamiento de fase.

Principales resultados:

• Observación de una nueva fase de hielo, denominada "hielo cuadrado", formada por agua nanoconfinada a temperatura ambiente.
• El hielo cuadrado exhibe una simetría distinta de la del hielo convencional, con una alta densidad de embalaje y una constante de celosía de 2,83 Å.
• La fase puede ensamblarse en cristallitos de dos y tres capas y se predice que será estable en varios nanocanales hidrofóbicos.

Conclusiones:

• Las imágenes y simulaciones experimentales confirman la existencia de hielo cuadrado bajo confinamiento hidrofóbico.
• Este hallazgo revela una nueva fase fundamental del agua, con implicaciones significativas para la comprensión del comportamiento del agua en entornos a nanoescala.
• El descubrimiento del hielo cuadrado abre vías para manipular las propiedades del agua en nanomateriales y aplicaciones relacionadas.