Tussen twee velletjes grafeen vormt water kristallen die er vierkant uitzien in plaats van zeshoekig. Mogelijk gebeurt dit in heel smalle kanaaltjes wel vaker, schrijft een internationaal gezelschap in Nature.

Sir Andre Geim, Irina Grigorieva en hun Duitse en Chinese collega’s zagen het onder de transmissie-elektronenmicroscoop gebeuren, nadat computersimulaties al zoiets hadden voorspeld.

Het effect treedt op als de grafeenlagen zó dicht bij elkaar komen dat hun elektronenwolken elkaar beginnen te beïnvloeden. Door de vanderwaalskrachten worden ze dan nog sterker tegen elkaar getrokken. Watermoleculen, die er tussen zijn blijven steken, worden dan letterlijk geplet. In plaats van de gebruikelijke tetraëdertjes krijg je een structuur waarin de zuurstofkernen, de protonen en de waterstofbruggen allemaal in hetzelfde vlak liggen, wat een patroon van vierkantjes oplevert.

Volgens de computerberekeningen is hier een druk voor nodig van meer dan 10.000 bar, en Geim vindt het verrassend dat de grafeensandwich dat nog haalt ook.

De ijskristallen zijn dan nog één, twee of hooguit drie watermoleculen dik. De onderzoekers wisten ze te creëren door uit te gaan van een dikkere laag water, die ze langzaam tussen het grafeen uit lieten verdampen. Met de TEM observeerden ze vervolgens de spoortjes die hier en daar opgesloten waren gebleven.

Het zou kunnen verklaren waarom water zeer gemakkelijk tussen laagjes grafeen of grafeenoxide door kan glippen, terwijl kleinere heliumatomen dat niet kunnen. Wellicht schuift het er als kristal doorheen. Dat inzicht kan de praktische toepassing van het verschijnsel, denkt Geim; hij denkt bijvoorbeeld aan grafeen als waterontziltingsmembraan.

Uit de simulaties blijkt overigens dat het niet direct te maken heeft met de grafeenstructuur. Je kunt vierkante kristallen verwachten in elk hydrofoob kanaal waar watermoleculen qua formaat maar nét in passen. Nanobuisjes, bijvoorbeeld.

bron: Nature