超酷的研究发现提示,为什么水是那么奇怪

美国研究人员已进入“无人区”水存在于国家科学家们难以访问、检索线索可能支持一个有争议的想法吗。¹

太平洋西北国家实验室(PNNL)研究团队在里奇兰水收集的数据在两个州从135年- 245 k,远低于水通常会变成冰的地方。他们发现可以符合一个倍受争议的理论来解释水的许多奇怪的属性,如它的密度增加当它冷却不像其他液体。这一理论呼吁高密度和低密度液体阶段,以及它们之间的热平衡的影响。尽管这一最新研究没有调查密度,两个国家调查暗示这样一个想法已经承诺,评论太平洋西北国家实验室的格雷格Kimmel。“谈论这些是有意义的平衡参数,”他说。“我们之前不知道的。”

科学家们先前冷却水远低于冰点发现其奇异性增加,其热容飙升250 k以下,为例。从这个推断,他们建议一些戏剧性的转变有可能发生。临界点228 k左右,高和低密度状态可以合并成一个一个的状态。但没有人能达到228 k,因为冰的水结晶,“Kimmel解释道。研究人员可以研究水在液体配置到大约235 k, 160 k以下,但奠定了“无人区”之间。

Kimmel使用一个独特的设置,和他的同事们一直在做实验之前无法访问范围好几年了。centimetre-diameter他们使用薄膜的水,毫米厚、单晶的白金在超高真空20 k。他们可以快速使用纳秒激光脉冲加热水,提高它的温度快速冷却而不认。2016年,太平洋西北国家实验室的研究人员使用技术上了一层冰白金水晶,发现没有戏剧性的转变在液体水的扩散系数。²

模型验证

现在,他们已经加热冰膜在136 k白金水晶创建低密度无定形冰,在分子冻结但保持配置液状物。因此,尽管被称为冰,太平洋西北国家实验室的研究人员认为这种形式是液体。水加热到297 k,然后冷却它创造了他们所谓的“hyperquenched水”,一个更传统的液态形式。

Kimmel和他的同事们研究了这两个极端之间使用标准红外光谱样品冷却后回70 k,反射红外线白金水晶和检测吸收。他们跟踪进展之间的另一种形式通过加热一个又一个的温度的水膜,有效地使定格动画电影的过渡。红外光谱表明,170 k和245 k之间总有hyperquenched水的混合物和低密度无定形冰。在大气压力没有临界点。光谱也表明,结构性变化是可再生的和可逆的,这意味着在热平衡状态。

羌族的太阳来自北京大学、中国说,研究结果可能是有用的了解过冷水的反常特性”。他认为它说什么低密度水相可以帮助理解与成核过程的关系,冰晶体形成的第一步。

根据Kimmel的同事布鲁斯凯,这些结果的主要价值的测试、验证和完善理论模型。Kimmel推测他们可能帮助改善气候模型模拟云的形成。云的增长和成核发生在高层大气中在很冷的温度下,“Kimmel补充道。过冷水的结晶率被认为是相当重要的。”