image: 微纳受限通道，如碳纳米管，二维石墨烯构筑的流体通道，在局部扰动存在情况下，如凸起、电荷、凹陷、化学修饰等，流体的结构和行为产生不同于完美通道的特性和行为。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了南京航空航天大学纳米科学研究所张助华教授和郭万林院士研究团队薛敏珉博士后等人的最新研究成果，该研究团队在具有局部扰动的一维纳米通道中，发现了受限水具有类似弗里德尔振荡的现象。
研究人员通过大规模分子动力学模拟计算发现，一维纳米通道内存在局部扰动时，通道内受限水的轴向密度会产生明显的振荡，该振荡行为从受扰动处向端部扩展，并且随着距离的增加而衰减，在特定尺寸的通道中能延伸至近十纳米的距离。系统研究发现，不同形式的扰动，如电荷修饰、管壁凸起、局部塌陷、多壁管的凹槽等，都会导致一维受限水沿通道轴向的密度振荡，并且扰动的效果在一定程度上可叠加。研究人员以具有物理挡板的一维碳纳米管为例，建立了受限水的密度振荡的数学模型。该模型表明，此种分子体系类量子密度振荡的强度和衰减速度分别取决于扰动的强度和水分子的偶极关联度。研究人员进一步对体系施加外压进行模拟时，发现受限水的密度振荡能够对通道入口处的离子产生很强的斥力，从而远程阻隔离子的输运。
上述研究结果揭示了受限水鲜为人知的类量子行为，其对离子输运的独特调控作用，为生物和纳米体系的物质传输带来了新认识，并在海水淡化等领域具有潜在的应用前景。
研究详情请见原文：
An analog of Friedeloscillations in nanoconfined water
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab214
Journal
National Science Review