莱斯大学：纳米管可改变水的形状

图片来源：多尺度材料实验室

莱斯大学（Rice University）工程师生产的纳米管冰分子模型显示了左边的碳纳米管内所受的力和右侧水分子中的氮化硼纳米管受压如何形成方管状。而这取决于纳米管的直径。

首先，根据莱斯大学工程师的说法，在纳米管孔中注入水。如果纳米管的宽度恰到好处，水分子就会对齐成方棒。

莱斯大学材料科学家Rouzbeh Shahsavari和他的团队使用分子模型来证明他们的理论，即纳米管内表面和水分子之间的范德华力足以将氧和氢原子分解。

Shahsavari将其称为“二维冰”，因为无论温度如何，分子都会冻结。他认为，该研究为利用纳米管和水分子之间的原子相互作用来制造纳米通道和储能纳米电容器提供了有价值的见解。

关于这项研究的论文刊登在美国化学学会期刊Langmuir上。

Shahsavari和他的同事们建造了宽度可调的碳和氮化硼纳米管的分子模型。他们发现，当纳米管宽度为10.5埃时，氮化硼是最佳限制水形状的材料。 （1埃=10-8厘米。）

研究人员发现，在密闭的水中氢原子具有有趣的结构特性。其他实验室最近的实验很好的证实了纳米管中冰的形成，并促使研究人员建立密度泛函理论模型来进行分析。

Shahsavari的团队模拟了大约3埃宽的水分子，其内部的碳和氮化硼纳米管具有各种手性（原子晶格的角度），直径在8到12埃之间。他们发现直径中等的纳米管对分子相互作用和范德华力之间的平衡影响最大，从而促使方形水管过渡到冰。

Shahsavari说：“如果纳米管太小只能装一个水分子，你就无法判断太多。如果纳米管太大，水的形态会无定形。但是在大约8埃时，纳米管内的范德华力会开始将水分子推进有组织的方形。”

他认为，由于原子的特殊极化，在氮化硼纳米管中发现了最强的相互作用。

Shahsavari表示，纳米管的冰可以用于分子机器，纳米级微血管，或用于制造将几个分子的水或隔离药物输送到靶细胞的方法，如纳米级注射器。

原文来自：Science Daily，原文题目：Nanotubes change the shape of water，由材料科技在线团队翻译整理。