El agua es esencial para la vida y sus propiedades han sido ampliamente estudiadas, aunque aún se conoce poco sobre su comportamiento eléctrico en condiciones interfaciales o de confinamiento extremo. En este estado, el agua pierde la estructura propia del volumen y adquiere una disposición laminar, lo que modifica su conductividad eléctrica, polarizabilidad y las fuerzas intermoleculares que determinan numerosos procesos físicos y químicos.
En este trabajo se empleó microscopía de barrido dieléctrica (Scanning Dielectric Microscopy, SDM), basada en un microscopio de fuerza atómica (AFM) adecuado para detectar variaciones de capacitancia del agua confinada en canales formados en la superficie del nitruro de boro hexagonal (hBN). Esta técnica permite medir las propiedades dieléctricas en el plano del agua confinada entre dos capas de hBN, una plana y otra con canales, separadas hasta por 1 nm.
Cuando el confinamiento excede algunos nanómetros, la constante dieléctrica y la conductividad del agua se aproximan a los valores volumétricos y aumenta la conducción por protones. Al reducir el espesor de la capa de agua, la conductividad crece notablemente y, cuando este espesor alcanza unas pocas moléculas, la constante dieléctrica en el plano alcanza valores del orden de 1000, similares a los de materiales ferroeléctricos, mientras que la conductividad llega a varios S m−1, como en los líquidos superiónicos. Comprender el comportamiento del agua nanoconfinada es esencial para explicar fenómenos en interfaces acuosas y poros nanométricos.
El agua volumétrica presenta una constante dieléctrica alta (εbulk ≈ 80) y una conductividad de aproximadamente σbulk ≈ 10−5 S m−1, comparables a las de un semiconductor de banda ancha. Esto explica su capacidad para formar puentes de hidrógeno y disolver más sustancias que cualquier otro líquido, generando un fuerte apantallamiento dieléctrico, determinante en los procesos bioquímicos de la vida.
Recientemente se demostró que el agua confinada entre monocapas no es polarizable en dirección perpendicular (ε⊥ ≈ 2), en concordancia con la teoría, aunque la constante paralela (ε//) no se conoce y todavía no se entiende teóricamente.
Este trabajo muestra que, bajo confinamiento molecular extremo, las propiedades eléctricas del agua confinada en 2D cambian drásticamente, aportando nueva comprensión sobre la doble capa eléctrica y el fuerte confinamiento, abriendo posibilidades para estudiar otras sustancias.
Mayor información en: Nature
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