Via Com­pu­ter­si­mu­la­tion unter­sucht Wie­ner Phy­si­ker­team die Aggre­gat­zu­stände von Was­ser in Nanoröhren.

Neben struk­tu­rel­len Pha­sen­über­gän­gen in Nano­kris­tal­len beschäf­tigt sich die Gruppe des Phy­si­kers Chris­toph Del­lago vor allem mit dem Ver­hal­ten von Was­ser im Inne­ren von Kohlenstoffnanoröhren.
Nano­röh­ren sind win­zige Röh­ren aus Koh­len­stoff-Ato­men, die im kon­kre­ten Fall als ato­mare Reagenz­glä­ser ver­wen­det wer­den. Wer­den nun kleinste Men­gen einer Sub­stanz in diese Röh­ren ein­ge­schlos­sen, so ver­hal­ten sich die Moke­küle oft­mals anders als in gro­ßen Men­gen der glei­chen Sub­stanz. Im Fall von Was­ser haben Wis­sen­schaft­ler ent­deckt, dass die­ses in Nano­röh­ren bis­lang unbe­kannte Aggre­gat­zu­stände besitzt.

Geord­ne­tes System
Ein Team um Del­lago ent­wi­ckelte vor Kur­zem ein Com­pu­ter­mo­dell, um die Eigen­schaf­ten von Was­ser­mo­le­kü­len in Nano­röh­ren genauer zu unter­su­chen. Dabei stellte sich her­aus, dass die Was­ser­mo­le­küle sehr lange unun­ter­bro­chene Ket­ten bil­den, die voll­stän­dig geord­net sind – das heißt, jedes Mole­kül zeigt in die­selbe Rich­tung. Del­lago über sein Pro­jekt, das inter­na­tio­nal große Beach­tung fand : „Das Ergeb­nis war über­ra­schend für uns, da sich für mole­ku­lare Ver­hält­nisse extrem lange Ket­ten von 0,1 Mil­li­me­tern bil­de­ten. Wenn man bedenkt, dass ein Was­ser­mo­le­kül circa 0,3 Nano­me­ter groß ist, hän­gen in die­sen Was­ser­ket­ten bis zu einer Mil­lion Was­ser­mo­le­küle anein­an­der und sind geord­net aus­ge­rich­tet. Das ist erstaun­lich.“ Diese Was­ser­ket­ten­bil­dung ist für bio­lo­gi­sche Sys­teme, wo die Ket­ten in Mem­bran­po­ren vor­kom­men, sehr wich­tig, da diese etwa den Was­ser­haus­halt regeln oder auch als Pro­to­nen­lei­ter fun­gie­ren. „Mit unse­ren Com­pu­ter­si­mu­la­tio­nen möch­ten wir bes­sere Ein­bli­cke in diese Vor­gänge bekom­men“, so Del­lago. Obwohl die Was­ser­mo­le­küle über­ra­schend lange geord­nete Ket­ten bil­den, steht es fest, dass diese nie unend­lich lang sein kön­nen. Del­lago : „Irgend­wann gewinnt das Chaos. 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 Häu­fig­keit und Lebens­dauer die­ser Defekte liefert.
In wei­te­ren „vir­tu­el­len“ Ver­su­chen sol­len nun­mehr der Ein­fluss von elek­tri­schen Fel­dern auf die Was­ser­ket­ten in Nano­röh­ren unter­sucht werden.