Zähes Wasser

Wasser offenbart einen ungewohnt störrischen Charakter, wenn man es nur genügend einengt. Das belegen Messungen einer amerikanischen Physikergruppe. Extrem dünne Wasserfilme legen demnach eine Zähflüssigkeit an den Tag, wie man sie eher von Zuckersirup erwarten würde.

Dieses Phänomen sei durchaus von praktischer Bedeutung, erklärt Elisa Riedo vom Georgia Institute of Technology. Für viele Anwendungen sei Wasser schlicht zu leichtflüssig. “In der Größenordnung von einem Nanometer ist es jedoch eine viskose Flüssigkeit und könnte ein noch besseres Schmiermittel abgeben”, so die Forscherin. Auch der Signal- und Materialfluss durch Zellmembranen hänge vom Verhalten des Wassers auf kleinsten Größenskalen ab.

Riedo und ihr Team drückten die wenige Nanometer (Millionstel Millimeter) feine Spitze eines Rasterkraftmikroskops in Wasserfilme auf verschiedenen Unterlagen. Im Gegensatz zu früheren Studien fanden sie, dass die dazu nötige Kraft umso höher war, je dünner der Wasserfilm zwischen Spitze und Unterlage war.

Bei Abständen von weniger als zwei Nanometern erfuhr die Spitze mal weniger, mal mehr Widerstand, je näher sie der Unterlage kam. Offenbar hatten sich die Wassermoleküle in regelmäßigen Schichten angeordnet, die nun der Reihe nach durchstoßen wurden, folgert die Gruppe im Fachblatt “Physical Review B”. Computersimulationen stützten diese Vermutung.

Zusätzlich maßen die Physiker, welchen Widerstand der Wasserfilm seitlichen Bewegungen der Spitze entgegensetzte. Bestand die Unterlage aus gut benetzbarem, wasserliebenden Glas, stieg die Zähflüssigkeit mit sinkender Filmdicke auf ein Vieltausendfaches des Ausgangswertes. Auf wasserabweisenden Materialien wie Graphit blieb dieser Effekt jedoch aus.

Forschung: Tai-De Li, Jianping Gao, Robert Szoszkiewicz, Uzi Landman und Elisa Riedo, School of Physics, Georgia Institute of Technology, Atlanta

Veröffentlichung Physical Review B, Vol. 75, Artikel 115415, DOI 10.1103/PhysRevB.75.115415

WWW:
picoForce Laboratory, Georgia Tech
Physikalische Eigenschaften von Wasser

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