Pages

Transisi Air Satu Dimensi ke Struktur Es Feroelektrik Penghasil Medan Listrik

Jurnal KeSimpulan.com - Semua orang tahu ketika air membeku, membentuk es. Tetapi sebuah fakta yang kurang dikenal bahwa es tidak hanya tetapi banyak jenis es.

Berbagai jenis es tersebut tergantung pada bagaimana regulasi kristal es. Studi baru, sebuah tim kimiawan mengembangkan metode baru untuk sintesis jenis es feroelektrik (ferroelectric ice) yang mengkristal sehingga semua lini ke arah yang sama dan menghasilkan medan listrik yang besar.

Hai-Xia Zhao, kimiawan dari Xiamen University di Xiamen, China, dan rekan-rekannya melapor ke Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dimana setiap molekul air membawa medan listrik kecil. Tetapi karena molekul air biasanya membeku dalam susunan acak dengan ikatan menunjuk ke arah yang berbeda, total medan listrik cenderung batal keluar.

Sebaliknya, obligasi dalam es feroelektrik semua titik dalam arah yang sama pada suhu yang cukup rendah sehingga memiliki polarisasi bersih dalam satu arah yang menghasilkan medan listrik. Ferroelectric ice dianggap sangat langka, bahkan para ilmuwan masih meneliti apakah ada es feroelektrik murni tiga dimensi ada di alam. Beberapa peneliti mengusulkan feroelektrik es mungkin ada di Uranus, Neptunus, atau Pluto.

Membuat es feroelektrik murni 3D di laboratorium tampaknya mustahil karena diperkirakan butuh waktu 100.000 tahun agar terbentuk tanpa bantuan katalis. Sejauh ini, semua es feroelektrik diproduksi di laboratorium kurang dari tiga dimensi dan heterogen.

Dalam studi baru, para ilmuwan melakukan sintesis sebuah fase satu-dimensi (homogen) es feroelektrik dengan membekukan air satu dimensi. Sejauh ini para ilmuwan sudah tahu ‘water wire'. Inilah fase tunggal yang pertama es feroelektrik disintesis di laboratorium.

Para peneliti merancang nanochannels sangat tipis yang dapat menahan molekul H2O hanya 96 per sel satuan kristal. Dengan menurunkan suhu dari titik awal 350K (77oC, 171oF), mereka menemukan water wire mengalami transisi fase di bawah 277K (4oC, 39oF), mengubah dari 1D cair ke 1D es. Es juga menunjukkan anomali dielektrik besar pada suhu tersebut dan pada 175K (-98oC, -144oF).

"Kami tahu titik beku harus berbeda dari air normal karena air terbatas nanochannels dan tidak di lingkungan yang normal. Mengapa air 1D memiliki suhu yang lebih tinggi dalam hal ini masih merupakan pertanyaan terbuka," kata Xiao Cheng Zeng, kimiawan dari University of Nebraska.

Interaksi ikatan hidrogen antara molekul H2O di water wire dan nanochannel memainkan peran penting dalam ferroelectricity es. Sementara ikatan hidrogen antara air dan nanochannel tidak pecah, atom hidrogen yang tersisa di dalam es berputar di bawah medan listrik yang berlawanan. Akibatnya, polaritas es feroelektrik dapat dibalik dengan membalik medan listrik eksternal, sebuah properti tidak terlihat pada air setiap hari dan es.

Transition from one-dimensional water to ferroelectric ice within a supramolecular architecture

Penulis :

Hai-Xia Zhao1
Xiang-Jian Kong1
Hui Li2
Yi-Chang Jin1
La-Sheng Long1
Xiao Cheng Zeng2
Rong-Bin Huang1
Lan-Sun Zheng1

Afiliasi :
  1. State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surface and Department of Chemistry, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China
  2. Department of Chemistry, University of Nebraska, Lincoln, NE 68588
Penerbit : PNAS February 14, 2011

Download dan Akses : DOI:10.1073/pnas.1010310108
Xiao Cheng Zeng http://www.unl.edu/ncmn/faculty/zeng.shtml

Credit : Hai-Xia Zhao, et.al., PNAS, DOI:10.1073/pnas.1010310108

Artikel Lainnya:

1 comment: