MADRID, 11 nov. (EUROPA PRESS) -
Uma equipe internacional liderada por cientistas da Universidade de Manchester, com a participação de pesquisadores do Centro de Física da Matéria Condensada (IFIMAC) da Universidade Autônoma de Madri (UAM), descobriu que a água, quando confinada em espaços de apenas alguns nanômetros de espessura, tem propriedades elétricas radicalmente diferentes das da água comum.
Usando uma técnica avançada de microscopia de força atômica - conhecida como microscopia dielétrica de varredura (SDM) - os pesquisadores mediram pela primeira vez as propriedades elétricas da água confinada entre camadas de nitreto de boro hexagonal (hBN) separadas por distâncias de até 1 nanômetro.
Os resultados mostram que, quando a água é aprisionada em espaços equivalentes a apenas 4 ou 5 camadas moleculares, sua constante dielétrica no plano atinge valores próximos a 1.000, comparáveis aos de alguns materiais ferroelétricos. Além disso, sua condutividade de prótons aumenta significativamente, aproximando-se dos valores característicos dos líquidos superiônicos.
Essa descoberta, publicada na revista Nature, representa uma mudança profunda na compreensão do comportamento da água em nanoescala, revelando um regime elétrico completamente novo.
A descoberta tem implicações de longo alcance para a biologia, a energia e a nanotecnologia. O fato de a água poder adquirir propriedades ferroelétricas e superiônicas ao ser confinada em espaços de apenas alguns nanômetros abre uma nova fronteira para a ciência dos materiais.
Esse comportamento poderia ser aproveitado para projetar baterias, supercapacitores ou sistemas de dessalinização mais eficientes, além de fornecer pistas sobre processos bioquímicos essenciais, como o transporte de íons através das membranas celulares.
A compreensão e o controle dessas propriedades elétricas em nanoescala também podem impulsionar o desenvolvimento de materiais nanofluídicos com propriedades ajustáveis.
Para estudar esse fenômeno, a equipe usou a microscopia dielétrica de varredura, uma técnica capaz de medir as propriedades elétricas locais com resolução nanométrica. Os pesquisadores fabricaram canais em escala atômica por meio da montagem de van der Waals de cristais bidimensionais, criando espaços perfeitamente controlados onde a água foi confinada entre camadas sólidas de poucos átomos de espessura.
As medições abrangeram uma ampla faixa de frequências, de centenas de hertz a gigahertz, e foram validadas com simulações numéricas detalhadas. Os resultados revelam que o confinamento extremo reorganiza a rede de ligações de hidrogênio da água, sugerindo que isso facilita a polarização do dipolo molecular e o transporte de prótons.
Essa nova estrutura explicaria as propriedades elétricas excepcionais observadas, tornando a água confinada um meio com comportamento semelhante ao dos materiais ferroelétricos e superiônicos.
Em condições normais, a água tem uma constante dielétrica de cerca de 80 e uma baixa condutividade. Entretanto, quando o espaço disponível é reduzido a poucas distâncias moleculares, sua estrutura é completamente reorganizada, adotando uma configuração em camadas que transforma seu comportamento elétrico.
Uma maneira de imaginar isso é pensar na água como um conjunto de bolinhas de gude que se movem livremente em uma bandeja: cada molécula pode girar e se mover livremente. Se esse espaço for comprimido até que caibam apenas quatro ou cinco fileiras, as bolinhas de gude devem se organizar em linhas bem definidas, limitando seus movimentos.
O mesmo acontece com as moléculas de água quando elas são confinadas em nanoescala: a falta de espaço as força a se alinharem, alterando a maneira como respondem aos campos elétricos.
A condutividade superiônica da água confinada também pode ser comparada a um sistema de mensagens ultrarrápido. Na água normal, os prótons são transferidos lentamente entre as moléculas, como um bilhete passado de mão em mão em um grupo desorganizado. Em contraste, na água confinada, as moléculas formam uma cadeia perfeitamente alinhada, onde a "mensagem" - o próton - pode ser transmitida quase instantaneamente de uma extremidade à outra.
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