Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die ungewöhnlichen Eigenschaften von Wasser in Nanoröhren

03.09.2008
Ein Team um den Physiker Christoph Dellago entwickelte ein Computermodell, um die Eigenschaften von Wassermolekülen in Nanoröhren zu untersuchen.

Dabei fanden die Wissenschafter heraus, dass die Wassermoleküle sehr lange ununterbrochene Ketten bilden, die vollständig geordnet sind. So fungieren sie als gute Leiter für Protonen. Die Ergebnisse wurden jüngst im Fachmagazin PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) veröffentlicht.

In flüssigem Wasser herrschen chaotische Zustände: Wassermoleküle wirbeln einzeln umher, stoßen aneinander und bilden mit anderen Wassermolekülen kurz instabile Brücken. Gänzlich anders verhalten sich die Wassermoleküle in Nanoröhren. Hier bilden sie sehr lange, durchgängige und geordnete Ketten, das heißt jedes Molekül zeigt in dieselbe Richtung. Das fand ein Forschungsteam um Christoph Dellago an der Fakultät für Physik heraus.

Lange Wasserkette

In dem kürzlich abgeschlossenen FWF-Projekt entwickelte Dellago gemeinsam mit seinem Doktoranden Dipl.-Ing. Jürgen Köfinger sowie Dr. Gerhard Hummer von den National Institutes of Health (USA) ein Computermodell, mit dem sie die Wasserkettenbildung in Nanoröhren durchrechneten und unter anderem der Frage nachgingen, bei welcher Kettenlänge die Ordnung zusammenbricht. "Das Ergebnis war überraschend für uns, da sich für molekulare Verhältnisse extrem lange Ketten von 0,1 Millimetern bildeten", so Dellago: "Wenn man bedenkt, dass ein Wassermolekül zirka 0,3 Nanometer groß ist, hängen in diesen Wasserketten bis zu einer Million Wassermoleküle aneinander, und sind dabei geordnet ausgerichtet. Das ist erstaunlich."

Diese Wasserkettenbildung ist für biologische Systeme, wo die Ketten in Membranporen vorkommen, sehr wichtig, da diese unter anderem den Wasserhaushalt regeln oder auch als Protonenleiter fungieren. "Mit unseren Computersimulationen möchten wir bessere Einblicke in diese Vorgänge bekommen", so Christoph Dellago.

Obwohl die Wassermoleküle überraschend lange geordnete Ketten bilden, steht es fest, dass diese nie unendlich lang sein können. "Irgendwann gewinnt das Chaos", sagt Dellago: "Wenn die Kette etwa nur zehn Moleküle lang ist, gibt es auch nur zehn Stellen an denen ein Defekt auftreten kann. Besteht sie aber aus mehreren Millionen Molekülen, existieren dementsprechend viele Möglichkeiten für Defektbildung." Auch hier gibt das Modell nähere Aufschlüsse, da es nicht nur die Defekte in der Kette aufzeigt, sondern auch die Häufigkeit und Lebensdauer dieser Defekte liefert.

Rechencluster

Wäre das Computermodell nur an einem einzigen PC simuliert worden, hätte dieser mehrere Jahre zur Berechnung gebraucht. Das Physikerteam hatte aber doch mehrere Rechner zur Verfügung; rund 190 zu einem Cluster verbundene Geräte an der Fakultät, weitere Berechnungen wurden am Cluster in den USA durchgeführt.

Zukunftsaussichten

In einem nächsten Projekt werden die Physiker den Einfluss von elektrischen Feldern auf die Wasserketten in Nanoröhren untersuchen. "Weiters möchten wir auch größere Systeme betrachten: Was passiert, wenn man mehrere Nanoröhren nebeneinander legt? Da die einzelnen Wasserketten miteinander in Wechselwirkung stehen, erwarten wir, dass dadurch Ordnung entsteht", erläutert Dellago: "Das könnte sowohl wichtige Erkenntnisse für das Verständnis von biologischen Systemen bringen, als auch für technische Anwendungen nützlich sein."

Publikation:
Jürgen Köfinger, Gerhard Hummer und Christoph Dellago: "Macroscopically ordered water in nanopores": http://www.pnas.org/content/early/2008/09/02/0801448105.abstract, veröffentlicht in: PNAS am 3. September 2008
Kontakt:
Univ.-Prof. Mag. Dr. Christoph Dellago
Fakultät für Physik
Universität Wien
1090 Wien, Boltzmanngasse 5
T +43-1-4277-512 60
M +43-664-602 77-51260
christoph.dellago@univie.ac.at
http://comp-phys.univie.ac.at/dellago/
Rückfragehinweis:
Mag. Alexandra Frey
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
1010 Wien, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1
T +43-1-4277-175 31
alexandra.frey@univie.ac.at
http://www.univie.ac.at/175
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at Medienservice der Universität Wien
http://comp-phys.univie.ac.at/dellago/ Website Christoph Dellago
http://www.pnas.org/content/early/2008/09/02/0801448105.abstract Abstract in "PNAS" vom 3. September 2008

Alexandra Frey | idw
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at/175
http://www.pnas.org/content/early/2008/09/02/0801448105.abstract

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften