Moléculas de agua en movimiento: dinámica sorprendente en materiales 2D
En lugar de saltar, las moléculas de agua caminan: la Universidad Tecnológica de Graz y la Universidad de Surrey muestran cómo el agua se mueve de formas sorprendentemente distintas sobre materiales ultrafinos.
En un estudio publicado en Nature Communications , investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz) y la Universidad de Surrey probaron dos materiales ultrafinos en forma de lámina con estructura de panal: el grafeno y el nitruro de boro hexagonal (h-BN). Mientras que el grafeno es conductor de la electricidad, lo que lo convierte en un candidato clave para la electrónica, los sensores y las baterías del futuro, el h-BN, a menudo llamado "grafito blanco", es un material cerámico de alto rendimiento y aislante eléctrico.
Los investigadores descubrieron que esta sutil diferencia cambia por completo la forma en que el agua interactúa con las superficies. En lugar de saltar entre puntos fijos como en el grafeno, las moléculas de agua del h-BN se mueven con un movimiento suave y ondulante, casi como si estuvieran caminando.
Moléculas de agua en movimiento
A. Tamtögl - TU Graz
Nuevas ideas para diseñar superficies
Este comportamiento inesperado demuestra que incluso las variaciones más pequeñas en la estructura atómica de un material pueden alterar drásticamente el movimiento del agua a nanoescala, lo que ofrece a los científicos nuevas ideas para diseñar superficies que controlen la fricción, la humectación y la formación de hielo.
Para captar el movimiento, el equipo de Graz utilizó una técnica muy sensible llamada espectroscopia de helio con eco de espín, que puede seguir el movimiento de moléculas individuales sin perturbarlas. Los investigadores de Surrey también realizaron simulaciones informáticas avanzadas para modelizar lo que ocurría a nivel atómico.
En conjunto, los experimentos y las simulaciones demostraron que el agua experimenta menos fricción en el h-BN, sobre todo cuando el material está soportado por níquel, lo que permite a la molécula moverse con más libertad. En cambio, en el grafeno, el metal subyacente refuerza la interacción entre la molécula y la superficie, lo que aumenta la fricción y reduce la fluidez del movimiento.
El material de soporte es fundamental
"El soporte bajo el material 2D ha resultado ser fundamental: puede cambiar por completo el comportamiento del agua e incluso invertir lo que esperábamos", explica Anton Tamtögl, del Instituto de Física Experimental de la Universidad Técnica de Graz. "Si podemos ajustar el movimiento del agua con la elección correcta de material y sustrato, podremos diseñar superficies que controlen la humectación o resistan la formación de hielo. Estos conocimientos podrían transformar tecnologías que dependen de la manipulación del agua a nanoescala, desde revestimientos y lubricantes avanzados hasta membranas de desalinización."
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