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科學家發現反物理現象,水加熱到105℃反而會結冰
更新時間:2019-07-10 瀏覽數:

水是生命之源,在地球上有著舉足輕重的地位,地球上71%面積是海水,人體中水分也占到了60%-70%,在一個標準大氣壓下,水的熔點是0℃,沸點是100℃,超過100℃水就會氣化,關于水的特性我們早已熟知。但是科學家發現了水的一個反物理特性,水在105攝氏度的高溫下竟然會結冰,這個結果也讓很多學者跌破了眼鏡。




當科學家把碳納米管浸入含有水的容器中時,發現了幾個的水分子可以鉆入納米管中,當加熱碳納米管時,內部的水分子呈現出反常的物理特性,竟然結冰堵住了納米管!科學團隊利用振動光譜成像技術觀察了水分子在內部的運動情況,發現這種“冰”的結構和一般的冰不同,是水分子與碳納米管之間形成的一種特殊的晶體結構,這里我們也把它稱之為冰。



并且不同直徑的碳納米管,水的結冰溫度都不同。納米管的直徑越小,水分子變成冰柱所需要的溫度就越高。當科學家把單個水分子(直徑大約是0.4納米左右),放入直徑只有1.05納米的碳納米管中時,水會在105度結冰,而當碳納米管的直徑變成了2納米時,水分子居然在零下83攝氏度才會結冰。碳納米管的直徑哪怕只相差0.1納米,水的結冰溫度都會相差20攝氏度。

或許我們可以類比成宏觀和微觀世界微粒的特性,就像物理學中牛頓的經典力學只適用于宏觀低速的狀態,而在微觀世界就不再適用,而是有另一套物理體系。水分子的這種神奇特性也讓科學家難以解釋。


為了在現實中得到應用,美國阿貢國家實驗室的Alexander Kolesnikov教授和他的團隊利用強脈沖中子源來進行試驗,并且改進了碳納米管的結構,讓水分子在碳納米管內永遠不會結冰,即使是在絕對零度,零下273.15攝氏度都不會結冰。不管是哪種碳納米管的結構,只要能夠廣泛應用于飛機和航天材料都是百利而無一害。


飛機在高空的低溫環境下飛行,經常會面臨結冰的問題,飛機引擎和機身外殼如果能使用碳納米管制造的材料,不僅可以減輕機身重量,提高穩固性,還可以抵抗低溫環境,減少損耗。

科學家欲通過控制碳納米管的結構和直徑大小來控制水分子的冰點,載人火箭發射到回歸地球的過程中,必定過經歷外殼高溫的情況,可以在航天材料中混合直徑1.05納米的碳納米管,溫度超過105攝氏度就會和空氣中少量的水分子一起結冰,以此來降低抵消外殼的高溫,大大增加安全性。

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