水三明治的量子稳定化 - 古典物理学法则分解

在分子分辨率销点疏水表面之间的测量力点对水的氢原子的量子性质对疏水相互作用的贡献。

从雨滴滚动瓦片叶片的蜡状表面，以脱盐膜的效率，水分子与防水性“疏水性”表面之间的相互作用是我们周围的。当薄的水层夹在两个疏水表面之间时，相互作用变得更加有趣，Kaust研究人员已经显示出来。

在20世纪80年代初，研究人员首先注意到当两个疏水表面在水中缓慢延伸时，请注意出意外效果。“在某些时候，两个表面突然跳进像两个磁铁一起跳上的接触，”来自Kaust的水海水淡化和再利用中心的Himanshu Mishra说。Mishra的实验室调查了所有长度尺度的水，从降低农业用水量，才能实现疏近水分子的性质。

Buddha Shreshtha用包含10个碳原子的全氟化物终止的超级表面载有二氧化硅盘。

研究人员无法解释分子水平的现象，因此在2016年，Mishra组织了对该主题的习轭会议。“我们汇集了现场实验主义家和理论家的领导者 - 导致对疏水性表面力量的理解的激烈辩论，”他说。

“这是非常令人印象深刻的工作，表明水中的核效应如何在纳米级上变得很大。” - Max Planck Planck Plancich研究所主任Mischa Bonn教授

部分挑战是疏水相互作用对水​​是独一无二的。“通过其他液体的洞察力或向水添加洞察力是不可行的：互动大大减少或丢失，”佛教博士解释，Mishra的实验室博士后研究员。

表面力装置允许表面接近或缩回朝向牢固地固定的第二表面的超声速度。通过在接触时分离表面来测量粘合力。插入物描绘了水 - 全氟碳界面。

受到会议的启发，Mishra提出了将普通水与“重水”比较的想法，其中氢原子被称为氘的较重氢同位素所取代。

“我们的表面力量测量透露，在H2O中，吸引力总是比D2O在D2O中较高大约10％，”Sreekiran Pillai，Ph.D.学生在Mishra的实验室。在加州大学圣地亚哥与TOD Pascal合作，团队提出了一个解释。

该表面力装置利用光干扰以以0.1纳米的精度解析超高度曲面之间的距离。

对象越小，严格严格地受古典物理法则的管辖，而量子效应越多。微小的氢原子是量子物体 - 有时表现得像颗粒一样，有时更像是波浪。氘，氢的两倍较小，不太受量子效应的影响。结果是当挤压在两个疏水表面之间的挤压和水分子之间的氢键被破裂时，D2O比H2O更低。

Mishra说，发现可能具有实际意义。“例如，这些发现可能有助于开发纳米​​流体平台进行分子分离。”

Buddha Shreshtha（左）和Sreekiran Pillai（右）微调Himanshu Mishra观察到表面力量的光学器件。

“这是一个非常令人印象深刻的工作，表明了纳米级昆腾核效应如何变得大幅度，”Max Planck Comparic Research研究所主任Mischa Bonn教授解释道。“结果表明，在基本水平上，仍然有很多关于水的水，但对于例如用于水净化和海水淡化的纳米孔具有直接相关的水。”

参考：佛陀Ratna Shrestha，Sreekiran Pillai，Adriano Santana，斯蒂芬H. Donaldson Jr.，Tod A. Pascal和Himanshu Mishra，2019年7月31日，物理化学字母杂志.DOI：
10.1021 / acs.jpclett.9b01835