Лед в углеродных нанотрубках не тает при 150 градусах Цельсия

Физики из МИТ обнаружили, что вода внутри углеродных нанотрубок остается льдом даже при температурах, превышающих не только ноль, но и сто или даже 150 градусов Цельсия, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

"Если поместить жидкость в нанополость, то тогда ее фазовое поведение сильно поменяется. Мы ожидали, что точки плавления и кипения воды изменятся, но не были готовы к тому, насколько сильно они сдвинутся. Когда мы уходим на такой микроскопический уровень, все старые правила физики можно выбросить в мусорное ведро", - заявил Майкл Страно (Michael Strano) из Массачусетского технологического института в Бостоне (США).

Страно и его коллеги уже много лет изучают тайны устройства нанотрубок и ищут неортодоксальные варианты их применения на практике. К примеру, в этом году они показали, что встраивание нанотрубок в листья растений превращает их в сверхчувствительные детекторы взрывчатки, светящиеся при появлении в воздухе следов их молекул, а также утраивает эффективность фотосинтеза.

В своей новой работе команда Страно раскрыла еще одно необычное свойство нанотрубок, наблюдая за поведением молекул воды внутри них. Для этого ученые заполняли эти наноконструкции водой и "обстреливали" их при помощи инфракрасного лазера, следя за тем, как молекулы воды отражали эти лучи.

Как объясняют физики, в типичную нанотрубку, чей диаметр составляет от одного до полутора нанометров, может "влезть" очень небольшое число молекул воды, что сильно меняет их физические свойства и то, как они взаимодействуют друг с другом и меняют свое поведение при смене условий среды.

Замораживая и размораживая нанотрубки разных размеров, заполненные водой, Страно и его коллеги открыли крайне удивительный феномен - оказалось, что температура замерзания и плавления воды изменилась внутри нанотрубок гораздо сильнее, чем предсказывала теория.

К примеру, попадание воды в самые толстые нанотрубки диаметром в 1,5 нанометра привело к тому, что вода оставалась льдом даже при температурах, при которых вода обычно является жидкой - от трех до 30 градусов Цельсия. Дальнейшее уменьшение нанотрубок приводило к еще более сильным сдвигам в температуре таяния льда - при их сужении на 0,1 нанометра температура таяния в среднем повышалась на 10-20 градусов.

Благодаря этому вода в самых тонких нанотрубках, чей диаметр составлял около нанометра, таяла при температуре, превышающей точку кипения для обычной воды. Она, как минимум, составляла 105 градусов Цельсия, и как максимум - около 150 градусов Цельсия.

Как отмечает Страно, удивительным является не только то, что вода остается льдом при столь высоких температурах, но и сам факт того, что она смогла проникнуть внутрь тонких нанотрубок, которые должны, если верить теории, сильно отталкивать воду и не пускать ее внутрь себя. То, почему это все же происходит, пока остается загадкой для американских физиков.

Несмотря на отсутствие понимания принципов их работы, подобные нанотрубки, по словам ученого, имеют массу практических применений. К примеру, их можно использовать для в качестве своеобразных проводов, передающих положительно заряженные ионы, а также для производства ледяных нанотрубок, не тающих при комнатной температуре.