实验证明过冷水的液-液转换

一些理论化学家认为液态水的许多不同寻常的特性,如降低密度冻结,其粘度降低压缩,可以解释,如果在环境条件下,它包括一个混合的两个阶段不同的低温和高压。先前的实验尝试测试这个,然而,由于实验注意事项。现在一种新的方法,包括激光加热压水从一个异国情调的冻结状态,提供了比以往任何时候都更直接的验证。

在2017年,安德斯尼尔森在瑞典斯德哥尔摩大学的和同事进行飞秒x射线散射的微米级的水滴冷却到约-40˚C。结果被改变水的结构表明,冷却,它接近临界点,将分成两个截然不同的阶段。不幸的是,实际进入两相区域,理论模拟表明kilobar-scale压力要求:“我们计算,我们需要与钢船几英寸厚,保持在非常低的温度与巨大的绝缘和把它变成一个x射线激光像一个炸弹,”尼尔森说:“这并不是一条我们可以下去…另一选择是上升(温度)。”

低于150 k,水可以存在于玻璃亚稳状态称为高密度无定形冰,分子的能量不足以使具体化。在新的研究中,尼尔森和同事安装在高压下产生的高密度无定形冰样品在低温恒温器,在使用红外激光脉冲进一步增加他们的压力。样品解压,这种压力消散热量,使分子之间形成水晶冰后3和50微秒。一个变量泵红外脉冲后,研究人员达到每个样本与x射线探测脉冲,允许他们跟踪分子的状态。

他们观察到的衍射模式,他们得出结论,表明高密度无定形冰会融化成高密度液体,经历了一个阶段过渡到低密度液体,然后再形成传统的冰。研究者们现在希望观察过渡到临界点本身使用这种技术。“当然很具有挑战性和可能需要几年,”尼尔森说,“但我们知道如何去做。”

我认为这是一个非常重要的论文,”说理论化学家巴勃罗Debenetti在美国普林斯顿大学的。说一些关于液-液转换实验,你必须能够使测量在低温下,短时间、高压力,这是第一次有人做了所有三个。这是一个引人注目的实验成就。”