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水是如何形成冰的?它的历程困扰了人类100年 现在中国科学家解决了

发布时间:2020-10-11 01:29:35      点击次数:870

微观材料的这种变化一直是微观机理研究的重点和难点。现在科学家已经解开了水结冰的瞬间之谜,所以在未来,这项技术将掌握在人类科学家手中。科学家也可以在医学和药品生产中使用这项技术来控制冰晶的形成,利用温度来存活细胞组织和控制细胞组织的活性,还可以用来提高食物的储存时间和新鲜度。

Keri 《Nature》上的一篇文章终于解开了水结冰那一刻的谜题。中科院研究所、中科院大学、河北工业大学的研究团队利用氧化石墨烯纳米片模拟冰芯颗粒,利用尺寸牢固的石墨烯纳米片检测冰芯颗粒的尺寸,获得水冰过渡瞬间的“临界冰芯”尺寸。

这是人类第一次通过实验证实了水冰过渡时刻冰核粒子的存在,并从中获得了冰核的详细尺寸。通过冰芯颗粒的体积结合水冰转变过程中的温度变化,学者们得到了临界冰芯与温差的关系。

似乎把水变成冰是一个简单的过程,但在微观世界却是一个巨大的过程,以至于困扰了人类一百多年。现在这个百年之谜被中国科学家组成的研究团队解开了,这无疑是中国科研成长的一大成就。解开冰核粒子之谜也将有助于人们更多地了解微观世界中微观物质的变化。

水是如何制冰的?众所周知,当温度降至0时,水就会变成冰。水是液体,冰是固体。从宏观上看,水结冰受温度影响,但从微观上看,液体转化为固体需要相当多的条件。因此,水变成冰是日常生活中最常见的现象,但也是困扰科学家很久的现象。

早在一百年前,美国物理学家乔赛亚乔赛亚吉布斯就提出了液固转换成核理论。吉布斯认为,在水冰转换过程中,水由于温度的影响而变冷,形成冰芯颗粒。当冰核粒子的大小凌驾于液态水的大小时,水在这一刻转化为冰。然而,受科学技术的影响,水冰转化过程中存在许多偶然性,吉布斯的理论没有得到大量实践证据的证明。

从这个角度来看,中国科学家不仅解决了水结冰的简单过程,而且解决了微观机理中物质状态与温度关系的奥秘。

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