一项关于水在二维材料上行为方式的研究，揭示了可能带来重大技术改进的新发现。从更高效的飞机防冰涂层、自清洁太阳能电池板，到新一代润滑剂和能源材料，这些技术革新均有望因二维材料上的“行走”水现象而实现。萨里大学与格拉茨理工大学的研究人员，在《自然通讯》杂志发表的研究中，测试了石墨烯和六方氮化硼(h-BN)这两种具有蜂窝结构的超薄片状材料。

石墨烯因导电性被视为未来电子产品、传感器和电池的关键材料，而六方氮化硼(h-BN)则是一种高性能陶瓷材料和电绝缘体。研究人员发现，这两种材料对水分子运动方式的影响截然不同。在六方氮化硼(h-BN)表面，水分子以平滑的滚动方式运动，几乎像是在“行走”，而非在石墨烯表面那样在固定点之间跳跃。

这种出乎意料的行为表明，材料原子结构的微小变化，也能显著改变水在纳米尺度上的运动。马可·萨基博士表示：“我们通常认为水很简单，但在分子层面上，它的行为却非常奇特。这种连续的旋转运动完全出乎我们的意料。我们的研究表明，表面最微小的细节就能改变水的运动方式，这有助于我们设计出更好的涂层、传感器和器件。”

为了捕捉这种运动，研究团队使用了氦自旋回波光谱技术，该技术能在不干扰单个分子的情况下追踪其运动。同时，萨里大学的研究人员还进行了计算机模拟，以模拟原子层面上的情况。实验和模拟结果共同表明，水分子在六方氮化硼(h-BN)表面受到的摩擦力较小，尤其是在镍支撑的情况下，运动更自由。安东·塔姆托格尔博士指出：“二维材料下方的支撑结构至关重要，它能彻底改变水的行为。如果我们能通过选择合适的材料和基底来调控水的运动方式，就能设计出控制润湿或抗结冰的表面。”

更多信息： Phillip Seiler 等人，《通过六方氮化硼和石墨烯上的单分子运动理解二维材料界面上的水行为》，《自然通讯》 (2025)。