Un nuovo approccio allo studio della viscosità dell'acqua ha rivelato nuove intuizioni sul comportamento delle molecole d'acqua e potrebbe aprire percorsi per l'elettronica a base di liquidi.

Un team di ricercatori guidato dall'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia ha utilizzato una tecnica di diffusione di raggi X anelastica ad alta risoluzione per misurare il forte legame che coinvolge un atomo di idrogeno inserito tra due atomi di ossigeno. Questo legame idrogeno è un fenomeno quantomeccanico responsabile di varie proprietà dell'acqua, compresa la viscosità, che determina la resistenza di un liquido al flusso o al cambiamento di forma.

Mentre l'acqua è la sostanza più abbondante sulla Terra, il suo comportamento a livello molecolare non è ben compreso.

"Nonostante tutto ciò che sappiamo sull'acqua, è un misterioso, sostanza atipica che dobbiamo comprendere meglio per sbloccare il suo vasto potenziale, in particolare nelle tecnologie dell'informazione e dell'energia, "ha detto Takeshi Egami, University of Tennessee-ORNL Distinguished Scientist/Professor che lavora attraverso lo Shull Wollan Center, un Joint Institute for Neutron Sciences, una partnership ORNL-UT.

Lo studio del team, pubblicato in Progressi scientifici , dimostrato che è possibile sondare lo spazio reale, dinamica in tempo reale dell'acqua e di altri liquidi. Precedenti studi hanno fornito istantanee della struttura atomica dell'acqua, ma si sa poco su come si muovono le molecole d'acqua.

"Il legame idrogeno ha un forte effetto sulla correlazione dinamica tra le molecole mentre si muovono nello spazio e nel tempo, ma finora i dati, principalmente mediante spettroscopia laser ottica, ha prodotto risultati ampi o "nebulosi" con specificità poco chiare, " ha detto Egami.

Per un quadro più chiaro, il team congiunto ORNL-UT ha utilizzato una tecnica a raggi X avanzata nota come diffusione anelastica di raggi X per determinare il movimento molecolare. Hanno scoperto che la dinamica del legame ossigeno-ossigeno tra le molecole d'acqua è, sorprendentemente, non casuale ma altamente coordinato. Quando il legame tra le molecole d'acqua viene interrotto, i forti legami idrogeno lavorano per mantenere un ambiente stabile per un periodo di tempo specifico.

"Abbiamo scoperto che la quantità di tempo necessaria a una molecola per cambiare la sua molecola "vicina" determina la viscosità dell'acqua, " Ha detto Egami. Questa nuova scoperta stimolerebbe ulteriori studi sull'esercizio del controllo sulla viscosità di altri liquidi.

Egami considera il lavoro attuale come un trampolino di lancio per una ricerca più avanzata che sfrutterà le tecniche di diffusione dei neutroni presso la Spallation Neutron Source presso l'ORNL, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE, per determinare ulteriormente l'origine della viscosità e altre proprietà dinamiche dei liquidi.

L'approccio dei ricercatori potrebbe essere utilizzato anche per caratterizzare il comportamento molecolare e la viscosità dei composti ionici, o salato, liquidi e altre sostanze liquide, che aiuterebbe nello sviluppo di nuovi tipi di dispositivi a semiconduttore con strati isolanti di elettrolita liquido, batterie migliori e lubrificanti migliorati.