Från skapandet av en enda droppe till flödet i en flod och världens hydrologiska cykel – hur vatten binds samman och till olika ytor, har långtgående konsekvenser. En grupp forskare undersöker vatten på nya sätt och har omdefinierat hur denna bindande effekt fungerar på nivån för den minsta molekylen.

Hittills har forskare trott att tunna vattenfilmer växer lager för lager för att bilda igenkännbara vätskedroppar. Men genom att visualisera vattendroppar i nanostorlek i rörelse har en ny studie publicerad i Science Advances vänt upp och ner på den traditionella modellen.

Genom att kartlägga nanodroppar på enskilda mineralpartiklar fann en grupp forskare från Umeå universitet, Yale universitet och Pacific Northwest National Laboratory att vattentillväxten initialt börjar nära defekta kanter på mineralen. Sedan bildas tjockare vattenfilmer, innan ytspänningen tar över för att täcka mineralytan och bilda bekanta vattendroppar.

För att nå sina resultat, använde teamet en ny cocktail av atomkraftmikroskopi (AFM) och infraröda lasrar vid the Environmental Molecular Sciences Laboratory på Pacific Northwest National Laboratory.

– Det här är första gången vi har kunnat se vattendroppar direkt på nanoskala, och till vår förvåning hittade vi en selektiv bindningseffekt vid defekta kanter på mineralpartiklar av nanostorlek, säger Sibel Ebru Yalcin, forskare vid Malvankar Lab på Yale, och studiens försteförfattare.

– Att titta på denna viktiga fråga på ett nytt sätt och på nanoskala har verkligen löst ett långvarigt mysterium om hur vatten binder till mineraler, säger professor Jean-François Boily, ledande expert på mineralytekemi vid Umeå universitet.

Hans laboratorium utformade detta projekt och fick tillgång till faciliteterna på the Environmental Molecular Sciences Laboratory. Umeå-gruppen använder nu dessa nya fynd för att utforska hur denna selektiva bindning av vatten påverkar naturliga processer som sker i jord och i atmosfären.

Medförfattare inkluderar Benjamin Legg, som använde högupplöst atomkraftmikroskopi vid Pacific Northwest National Laboratory och postdoktor Merve Yeşilbaş som hjälpte till med detta arbete vid Umeå universitet.

Originalartikel:

Sibil Ebru Yalcin et al: Direct observation of anisotropic growth of water films on minerals driven by defects and surface tension. Science Advances 24 Jul 2020. Vol. 6, no. 30, eaaz9708. DOI: 10.1126/sciadv.aaz9708

För mer information, kontakta gärna:

Jean-François Boily, kemiska institutionen vid Umeå universitet
Telefon: 090-786 52 70
E-post: jean-francois.boily@umu.se

Jon Atherton, Kommunikatör, Yale West Campus Administration
E-post: jon.atherton@yale.edu

Umeå universitet
Umeå universitet är ett av Sveriges största lärosäten med drygt 33 000 studenter och 4 000 anställda. Här finns internationellt väletablerad forskning och en stor mångfald av utbildningar. Vårt campus utgör en inspirerande miljö som inbjuder till gränsöverskridande möten – mellan studenter, forskare, lärare och externa parter. Genom samverkan med andra samhällsaktörer bidrar vi till utveckling och stärker kvaliteten i forskning och utbildning.

Presskontakt:
Ingrid Söderbergh
Telefon:
070-60 40 334
Mobil:
070-60 40 334
Epost:
ingrid.soderbergh@umu.se