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(noticias nanowerk) Comprender el comportamiento del agua en los nanoporos es crucial tanto para la ciencia como para las aplicaciones prácticas. Científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) han descubierto el notable comportamiento del agua y el hielo bajo alta presión, alta temperatura y fuerte confinamiento.
Estos resultados, publicados en física natural (“Rich Proton Dynamics and Phase Behaviors of nanoconfined Ices”), que contradicen el comportamiento normal observado en la vida cotidiana, tienen un enorme potencial para avanzar en nuestra comprensión de las propiedades inusuales del agua en entornos extremos, como los núcleos de planetas helados distantes. Las implicaciones de este importante avance científico abarcan varios campos, incluida la ciencia planetaria, la ciencia energética y la ingeniería de nanofluidos.
Dirigido por el profesor Zeng Xiaocheng, director y presidente del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de CityU, el equipo de investigación utilizó métodos computacionales de última generación para simular las propiedades del agua y el hielo en condiciones extremas. Utilizando el poder del aprendizaje automático, la búsqueda de estructuras cristalinas, la dinámica molecular de ruta integral y la metadinámica, realizaron simulaciones integrales de agua monocapa y bicapa bajo nanoconfinamiento. Estas simulaciones revelaron una serie de fenómenos fascinantes, incluido el derretimiento bidimensional (2D) del agua y el hielo, el nuevo comportamiento del hielo, la división del agua y la dinámica de protones en nanohielo.
El equipo de investigación descubrió 10 nuevos estados de hielo en 2D, cada uno con propiedades únicas. En particular, identificaron hielo molecular bidimensional con una configuración OHO simétrica que recuerda al hielo 3D X de mayor densidad de la Tierra. Además, observaron hielo dinámico, parcialmente iónico y varios tipos de hielo superiónico. Sorprendentemente, estos estados de hielo bidimensionales podrían crearse a presiones mucho más bajas que sus homólogos tridimensionales con densidades de agua similares, lo que los hace más accesibles en condiciones de laboratorio.
El profesor Zeng enfatizó la importancia de estos hallazgos y dijo que representan una nueva frontera en la comprensión de la física y la química del agua y el hielo en condiciones extremas, particularmente en los núcleos de planetas gigantes de hielo.
«El potencial para crear estos estados únicos de división del hielo y el agua en el laboratorio, incluidos hielos dinámicos parcialmente iónicos y superiónicos a presiones más bajas de lo que antes se creía posible, es particularmente emocionante», dijo el profesor Zeng.
Estudiar el comportamiento del agua y el hielo en diferentes condiciones, especialmente considerando el nanoconfinamiento, es una tarea extremadamente compleja. El equipo de investigación superó este desafío a través de una gran cantidad de dinámica molecular y simulaciones de dinámica molecular integral de trayectoria, generando un enorme conjunto de datos. Extraer información significativa de esta enorme cantidad de datos planteó un importante desafío en el análisis de datos y requirió una investigación cuidadosa.
Estos hallazgos allanaron el camino para futuras investigaciones sobre los misterios de los planetas gigantes de hielo y las propiedades fundamentales del agua. La siguiente fase de esta investigación incluye la validación experimental de las predicciones computacionales y la exploración de aplicaciones prácticas. El profesor Zeng expresó su entusiasmo por el potencial de esta investigación para profundizar nuestra comprensión del agua, el hielo y su división en entornos extremos, al tiempo que abre nuevas fronteras en la nanociencia y la ciencia planetaria.
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