Scaling behaviour for the water transport in nanoconfined geometries

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作者
Eliodoro Chiavazzo,Matteo Fasano,Pietro Asinari,Paolo Decuzzi
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:5 (1) 被引量:142
标识
DOI:10.1038/ncomms4565
摘要

Abstract The transport of water in nanoconfined geometries is different from bulk phase and has tremendous implications in nanotechnology and biotechnology. Here molecular dynamics is used to compute the self-diffusion coefficient D of water within nanopores, around nanoparticles, carbon nanotubes and proteins. For almost 60 different cases, D is found to scale linearly with the sole parameter θ as D ( θ )= D B [1+( D C / D B −1) θ ], with D B and D C the bulk and totally confined diffusion of water, respectively. The parameter θ is primarily influenced by geometry and represents the ratio between the confined and total water volumes. The D ( θ ) relationship is interpreted within the thermodynamics of supercooled water. As an example, such relationship is shown to accurately predict the relaxometric response of contrast agents for magnetic resonance imaging. The D ( θ ) relationship can help in interpreting the transport of water molecules under nanoconfined conditions and tailoring nanostructures with precise modulation of water mobility.
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