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凝膠樣冰是迄今發(fā)現(xiàn)最輕的水

作者:宋檢 時(shí)間:2022-11-30 來源:互聯(lián)網(wǎng)

冰,不僅僅只有一種。

人們從冰箱中取出的冰塊僅是冰存在的17種可能的形式之一,第18種冰距離成為現(xiàn)實(shí)也并不遙遠(yuǎn)。一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種多孔的、輕量級(jí)的“氣態(tài)冰”——?dú)饽z的冰,它可以讓人們了解更多關(guān)于水如何在*端條件下運(yùn)行的知識(shí)。

在“常態(tài)冰”中,水在環(huán)境壓力下冷卻,其分子會(huì)冰凍成六角形態(tài)的固態(tài)晶體。但并非所有種類的冰都會(huì)遵循這種六角形結(jié)構(gòu)。壓力和溫度會(huì)影響水在分子層面的數(shù)以百萬計(jì)的配置。六角冰和大氣層上方偶爾的立方體冰是地球上自然出現(xiàn)的僅有的兩種該類冰的形式。其他的冰或存在于外行星,或存在于外行星大氣層。

在大氣壓或更高的壓力下,水分子會(huì)被壓縮,然后冰凍會(huì)變?yōu)楸瘸R?guī)冰密度更大的固態(tài)。然而當(dāng)氣壓降低時(shí),水分子會(huì)變成類似冰冷的棉花糖一類的密度更低、氣體更多的輕量態(tài)晶體。

到目前為止,人們僅知道兩種低密度的冰:太空的富勒烯(球殼狀碳分子)密度相當(dāng)于常態(tài)冰的80%;和沸石化的冰,它模仿了含礦物質(zhì)的沸石,但水分子卻是像樂高積木塔一樣的構(gòu)建模塊,是常態(tài)冰密度的50%和90%。但在此之前卻未發(fā)現(xiàn)更輕的冰結(jié)構(gòu)。

“近期,我們剛發(fā)現(xiàn)兩種低密度冰,但卻不知道這個(gè)世界的廣度。我們需要一張這個(gè)新世界的地圖,從而在實(shí)驗(yàn)上探索它。”日本岡山大學(xué)的Masakazu Matsumoto說。

他和團(tuán)隊(duì)采用玩分子“層層疊”的方式找到這種新種類的冰,去除及重新配置現(xiàn)有的沸石冰的結(jié)構(gòu),使它們變得更輕。他們模擬了300多種不同種類的納米層次結(jié)構(gòu),并評(píng)估了這些結(jié)構(gòu)在低壓下有多穩(wěn)定。這些氣態(tài)冰在0開爾文度時(shí)是穩(wěn)定的,但會(huì)隨著溫度增加變得不穩(wěn)定。

他們發(fā)現(xiàn),密度*小的氣態(tài)冰可以用水分子的節(jié)點(diǎn)配置作為模型,它們像珠子一樣把在大型氣態(tài)宮殿中的地面和天花板分隔開來。

Matsumoto認(rèn)為,通過計(jì)算機(jī)建模,可以發(fā)現(xiàn)更多類似的冰,但他表示,在現(xiàn)實(shí)世界中很難創(chuàng)建超低密度的冰,因?yàn)樾枰蛪汉偷蜏氐葪l件。

英國倫敦大學(xué)學(xué)院的Christoph Salzmann說,這項(xiàng)工作有助人們了解水分子如何運(yùn)動(dòng)。“它給我們提供了追逐的目標(biāo)。現(xiàn)在,這些研究人員已經(jīng)預(yù)測(cè)了這些驚人的結(jié)構(gòu),我們的下一步將是在現(xiàn)實(shí)世界中制作它們。”他說。

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