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【最新研究】水105度不沸腾反结冰,今后电线或被水线取代
王强 2016-12-02
导语

自然界的水有三种状态,固态,液态和气态,在海拔为零的地方,低于0℃水结成冰,高于100℃,水蒸发成气,这是万古不变颠扑不破的真理。但现在,发生了一件意外之外的意外,让这个真理有点扑朔迷离了。

编者按:本文来自微信公众号"徐德文",e科网经授权发布。

自然界的水有三种状态,固态,液态和气态,在海拔为零的地方,低于0℃水结成冰,高于100℃,水蒸发成气,这是万古不变颠扑不破的真理。但现在,发生了一件意外之外的意外,让这个真理有点扑朔迷离了。

所谓的意外,就是科学家长期以来观察到,当水被限制在非常小的空间中时,其沸点和冰点可以稍微改变一点,通常会降低大约10℃左右。

麻省理工学院几位科学家为了检验这个预言,准备把水放入只有几个水分子大的碳纳米管中,意外之外的意外竟接连发生了。先是他们本来预料碳纳米管会排斥水分子,不准它们进去,结果水分子竟然轻而易举就进去了。而更大的意外则让他们惊得目瞪口呆,进入碳纳米管的水,在摄氏一百多度的时候,竟然结成了冰!这个研究发表在11月28日的《自然纳米技术》杂志上。

团队的领头麦克·斯特诺说,把流体限制在纳米腔中,可能会扭曲它的相行为,即固相、液相、气相之间的变化可能有所不同,这种效果本来可以预期。但实验中发现这种变化幅度的巨大及方向的反转(凝固点升高而不是降低)却是始料未及的,水竟然在105℃或更高的温度下固化了。固化时的准确温度很难测定,但在测试中105℃被认为是最小值,实际温度可能高达151℃。进一步的测试证明,水在微小的碳纳米管内变化的方式,完全取决于管的确切直径,即使碳纳米管直径从1.05纳米变化到1.06纳米,水的冰点都会产生数十度的差异,这种极端的差异可以说完全意想不到。

这个发现实在太过怪异,科学家们被打了个措手不及,对可以用它做什么还暂未有成熟的想法。不过由于它在室温下稳定的电热性能,研究人员认为或可用它开发一种取代电线的“水线”,其传导性能应该比现有材料要好得多。

看来物极必反这句古话说得不错,即使是我们非常熟悉的材料,当被捕获在以纳米(十亿分之一米)为单位的结构中时,它的行为也会令人捉摸不透,甚至匪夷所思,所以都不要太过极端了。

文章链接:

Kumar Varoon Agrawal, et al, "Observation of extreme phase transition temperatures of water confined inside isolated carbon nanotubes," Nature Nanotechnology(2016), doi:10.1038/nnano.2016.254

新闻链接:

Inside tiny tubes, water turns solid when it should be boiling

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  • 碳纳米管
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文章评论(2)
柏岩[北京航空航天大学]

物极必反

745天前 | 回复
令狐小冲[清华大学]

好神奇啊

746天前 | 回复
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作者 王强

硕士研究生

西北工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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