综述：低维水的结构与流动特性

《Nature Reviews Physics》：Structure and flow of low-dimensional water

水在低维通道中的流动行为偏离传统水力学原理，因低维性放大了分子间相互作用，氢键稳定使水分子有序排列，兼具液态和固态特性。本文以不同状态水的粘度为基准，探讨低维水分子有序化与流动能力的关系，分析理论模型，并研究离子传输受水结构影响，揭示低维水流与离子耦合结构对生物模拟和神经形态通道设计的意义。

　　

摘要

当水流经一维（1D）或二维（2D）通道时，其行为会显著偏离已确立的流体动力学原理。这是因为降低任何相互作用物理系统的维度会放大那些传统流体动力学方程无法解释的相互作用效应。在低维水中，氢键的稳定性足以使水分子排列成有序状态，从而使水在某些方面既表现出液体的特性，也表现出固体的特性。在这篇综述中，我们通过研究 bulk water（液态水）、蒸汽和冰的粘度作为基准，探讨了水的分子有序性与其在低维通道中流动能力之间的关系。我们还简要概述了可用于此类分析的关键理论方法，并讨论了离子传输现象，该现象受到水分子结构的强烈影响。低维水传输与离子耦合结构特征之间的动态相互作用，是近年来在设计和研究纳米级仿生通道及神经形态通道方面取得进展的核心所在。