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科学家发现反物理现象,水加热到105℃反而会结冰
更新时间:2019-07-10 浏览数:

水是生命之源,在地球上有着举足轻重的地位,地球上71%面积是海水,人体中水分也占到了60%-70%,在一个标准大气压下,水的熔点是0℃,沸点是100℃,超过100℃水就会气化,关于水的特性我们早已熟知。但是科学家发现了水的一个反物理特性,水在105摄氏度的高温下竟然会结冰,这个结果也让很多学者跌破了眼镜。




当科学家把碳纳米管浸入含有水的容器中时,发现了几个的水分子可以钻入纳米管中,当加热碳纳米管时,内部的水分子呈现出反常的物理特性,竟然结冰堵住了纳米管!科学团队利用振动光谱成像技术观察了水分子在内部的运动情况,发现这种“冰”的结构和一般的冰不同,是水分子与碳纳米管之间形成的一种特殊的晶体结构,这里我们也把它称之为冰。



并且不同直径的碳纳米管,水的结冰温度都不同。纳米管的直径越小,水分子变成冰柱所需要的温度就越高。当科学家把单个水分子(直径大约是0.4纳米左右),放入直径只有1.05纳米的碳纳米管中时,水会在105度结冰,而当碳纳米管的直径变成了2纳米时,水分子居然在零下83摄氏度才会结冰。碳纳米管的直径哪怕只相差0.1纳米,水的结冰温度都会相差20摄氏度。

或许我们可以类比成宏观和微观世界微粒的特性,就像物理学中牛顿的经典力学只适用于宏观低速的状态,而在微观世界就不再适用,而是有另一套物理体系。水分子的这种神奇特性也让科学家难以解释。


为了在现实中得到应用,美国阿贡国家实验室的Alexander Kolesnikov教授和他的团队利用强脉冲中子源来进行试验,并且改进了碳纳米管的结构,让水分子在碳纳米管内永远不会结冰,即使是在绝对零度,零下273.15摄氏度都不会结冰。不管是哪种碳纳米管的结构,只要能够广泛应用于飞机和航天材料都是百利而无一害。


飞机在高空的低温环境下飞行,经常会面临结冰的问题,飞机引擎和机身外壳如果能使用碳纳米管制造的材料,不仅可以减轻机身重量,提高稳固性,还可以抵抗低温环境,减少损耗。

科学家欲通过控制碳纳米管的结构和直径大小来控制水分子的冰点,载人火箭发射到回归地球的过程中,必定过经历外壳高温的情况,可以在航天材料中混合直径1.05纳米的碳纳米管,温度超过105摄氏度就会和空气中少量的水分子一起结冰,以此来降低抵消外壳的高温,大大增加安全性。

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