Först, enligt Rice Universitys ingenjörer, skaffa ett nanorörshål. Sätt sedan i vatten. Om nanoröret har precis rätt bredd, vattenmolekylerna kommer att anpassas till en fyrkantig stav.

Rismaterialforskaren Rouzbeh Shahsavari och hans team använde molekylära modeller för att demonstrera sin teori om att svaga van der Waals-krafter mellan nanorörets inre yta och vattenmolekylerna är starka nog att knäppa syre- och väteatomerna på plats.

Shahsavari hänvisade till innehållet som tvådimensionell "is, " eftersom molekylerna fryser oavsett temperaturen. Han sa att forskningen ger värdefull insikt om sätt att utnyttja atomära interaktioner mellan nanorör och vattenmolekyler för att tillverka nanokanaler och energilagrande nanokondensatorer.

En artikel om forskningen visas i tidskriften American Chemical Society Langmuir .

Shahsavari och hans kollegor byggde molekylära modeller av nanorör av kol och bornitrid med justerbara bredder. De upptäckte bornitrid är bäst på att begränsa formen på vatten när nanorören är 10,5 ångström breda. (En ångström är en hundra miljondels centimeter.)

Forskarna visste redan att väteatomer i tätt slutna vatten antar intressanta strukturella egenskaper. Nyligen genomförda experiment från andra laboratorier visade starka bevis för bildandet av nanorörsis och fick forskarna att bygga densitetsfunktionella teorimodeller för att analysera de ansvariga krafterna.

Shahsavaris team modellerade vattenmolekyler, som är cirka 3 ångström breda, inuti nanorör av kol och bornitrid med olika kiraliteter (vinklarna på deras atomgitter) och mellan 8 och 12 ångström i diameter. De upptäckte att nanorör i mellandiametrarna hade störst inverkan på balansen mellan molekylära interaktioner och van der Waals-trycket som föranledde övergången från ett fyrkantigt vattenrör till is.

"Om nanoröret är för litet och du bara får plats med en vattenmolekyl, du kan inte döma mycket, " sa Shahsavari. "Om den är för stor, vattnet behåller sin amorfa form. Men vid ungefär 8 ångström, nanorörens van der Waals kraft börjar pressa vattenmolekyler till organiserade kvadratiska former."

Han sa att de starkaste interaktionerna hittades i bornitridnanorör på grund av den speciella polariseringen av deras atomer.

Shahsavari sa att nanorörsis kunde användas i molekylära maskiner eller som kapillärer i nanoskala, eller främja sätt att leverera några få molekyler vatten eller sekvestrerade läkemedel till målceller, som en spruta i nanoskala.