水第四形态“塑性冰七”首次观测到

4周前 来源:科技日报 观看:8

一个国际科研团队借助位于法国劳厄-朗之万研究所内先进的中子光谱仪等设施,首次观测到水的奇异形态——“塑性冰七”(Plastic ice Ⅶ)。研究水的塑性态和超离子态,能帮助人们进一步理解木卫三、木卫四等冰卫星,以及天王星、海王星等冰行星的内部结构和冰川流动。相关论文发表于最新一期《自然》杂志。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

一般而言,水有固态、液态和气态3种基本形态。但实际上,水还拥有更多形态,其中一些仅在高温高压下出现,被称为奇异态。15年前,科学家借助分子动力学模拟,预测了“塑性冰七”的存在,而此次研究则首次通过实验观测到了这一形态。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

塑性态是一种混合态,兼具固态和液态的特性。在“塑性冰七”内,水分子形成刚性立方晶格——就像在“冰七”(一种立方结晶冰形,降至室温后可在3GPa以上由液态水形成)内一样,但同时又表现出液态水内的皮秒旋转运动。这种奇特形态出现在177℃—327℃高温、0.1GPa—6GPa(1GPa=10亿帕)的压力环境下。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

准弹性中子散射(QENS)技术在此研究中发挥了关键作用。与其他光谱技术相比,QENS能更精准地探测物体的平移和旋转动力学。通过QENS,团队识别出了水在温度和压力发生变化时呈现出的3种不同形态:水分子同时存在平移和旋转两种运动的液态水;平移和旋转都被冻结的固态冰;以及位于中间的“塑性冰七”。在“塑性冰七”内,排列成有序晶体结构的水分子失去了自由平移的能力,但保留了旋转能力。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

进一步分析表明,“塑性冰七”的分子动力学可能比最初模拟的更复杂,其分子旋转机制不同于此前预测的自由转子行为。而且,水从“冰七”到“塑性冰七”的转变是连续的,这意味着“塑性冰七”可能是另一种在更高温度和压力下存在的超离子态的“前身”。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

在我们的日常生活中,水似乎平平无奇。实际上,它好比一位“多面伊人”,有着许多不寻常的特性。塑性冰七,便是水少为人知的奇异形态之一。这种形态不同于普通的冰,是水在极端高压和特殊温度条件下形成的高压冰相。它能够展现出类似塑料的柔韧性,兼具固态和液态的特性。目前,塑性冰七的相关研究仍处于探索阶段,期待这种神奇形态的水未来能够在新材料领域大放异彩。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

一个国际科研团队借助位于法国劳厄-朗之万研究所内先进的中子光谱仪等设施,首次观测到水的奇异形态——“塑性冰七”(Plastic ice Ⅶ)。研究水的塑性态和超离子态,能帮助人们进一步理解木卫三、木卫四等冰卫星,以及天王星、海王星等冰行星的内部结构和冰川流动。相关论文发表于最新一期《自然》杂志。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

一般而言,水有固态、液态和气态3种基本形态。但实际上,水还拥有更多形态,其中一些仅在高温高压下出现,被称为奇异态。15年前,科学家借助分子动力学模拟,预测了“塑性冰七”的存在,而此次研究则首次通过实验观测到了这一形态。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

塑性态是一种混合态,兼具固态和液态的特性。在“塑性冰七”内,水分子形成刚性立方晶格——就像在“冰七”(一种立方结晶冰形,降至室温后可在3GPa以上由液态水形成)内一样,但同时又表现出液态水内的皮秒旋转运动。这种奇特形态出现在177℃—327℃高温、0.1GPa—6GPa(1GPa=10亿帕)的压力环境下。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

准弹性中子散射(QENS)技术在此研究中发挥了关键作用。与其他光谱技术相比,QENS能更精准地探测物体的平移和旋转动力学。通过QENS,团队识别出了水在温度和压力发生变化时呈现出的3种不同形态:水分子同时存在平移和旋转两种运动的液态水;平移和旋转都被冻结的固态冰;以及位于中间的“塑性冰七”。在“塑性冰七”内,排列成有序晶体结构的水分子失去了自由平移的能力,但保留了旋转能力。LET即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

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