Moléculas de água em movimento: dinâmica surpreendente em materiais 2D
Em vez de saltar, as moléculas de água andam: a Universidade de Tecnologia de Graz e a Universidade de Surrey mostram como a água se move de formas surpreendentemente diferentes em materiais ultra-finos.
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Num estudo publicado na revista Nature Communications , investigadores da Universidade de Tecnologia de Graz (TU Graz) e da Universidade de Surrey testaram dois materiais ultra-finos, semelhantes a folhas com uma estrutura em favo de mel - o grafeno e o nitreto de boro hexagonal (h-BN). Enquanto o grafeno é condutor de eletricidade, o que o torna um dos principais candidatos à eletrónica, sensores e baterias do futuro, o h-BN, frequentemente designado por "grafite branca", é um material cerâmico de alto desempenho e isolante elétrico.
Os investigadores descobriram que esta diferença subtil altera completamente a forma como a água interage com as superfícies. Em vez de saltarem entre pontos fixos, como acontece no grafeno, as moléculas individuais de água no h-BN movem-se num movimento suave e ondulante - quase como se estivessem a caminhar.
Moléculas de água em movimento
A. Tamtögl - TU Graz
Novos conhecimentos para a conceção de superfícies
Este comportamento inesperado mostra como mesmo as mais pequenas variações na estrutura atómica de um material podem alterar drasticamente a forma como a água se move à nanoescala, oferecendo aos cientistas novas perspectivas para a conceção de superfícies que controlem a fricção, a humidade e a formação de gelo.
Para captar o movimento, a equipa de Graz utilizou uma técnica altamente sensível chamada espetroscopia spin-eco de hélio, que pode seguir o movimento de moléculas individuais sem as perturbar. Os investigadores de Surrey também fizeram simulações avançadas em computador para modelar o que estava a acontecer a nível atómico.
Em conjunto, as experiências e simulações mostraram que a água sofre menos fricção no h-BN - particularmente quando o material é suportado por níquel - permitindo que a molécula se mova mais livremente. No grafeno, pelo contrário, o metal subjacente reforça a interação entre a molécula e a superfície, aumentando a fricção e tornando o movimento menos suave.
O material de suporte é fundamental
"O suporte por baixo do material 2D revelou-se crítico - pode alterar completamente o comportamento da água e até inverter o que esperávamos", explica Anton Tamtögl, do Instituto de Física Experimental da TU Graz. "Se conseguirmos ajustar a forma como a água se move com a escolha certa do material e do substrato, poderemos conceber superfícies que controlem a humidade ou resistam à formação de gelo. Estes conhecimentos poderão transformar as tecnologias que dependem da manipulação da água à nanoescala - desde revestimentos e lubrificantes avançados a membranas de dessalinização."
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