自然界的水有三種狀態,固態,液態和氣態,在海拔為零的地方,低於0℃水結成冰,高於100℃,水蒸發成氣,這是萬古不變顛撲不破的真理。
不過在這個奇葩的世界,說不定什麼時候就會發生一點意外,有時候還會意外之外的意外,讓這些個真理有點顧此失彼,一顛就破。
所謂的意外,就是科學家長期以來觀察到,當水被限制在非常小的空間中時,其沸點和冰點可以稍微改變一點,通常會降低大約10℃左右。
2016年,麻省理工學院幾位科學家為了檢驗這個預言,準備把水放入只有幾個水分子大的碳奈米管中,意外之外的意外竟接連發生了。
先是他們本來預料碳奈米管會排斥水分子,不准它們進去,結果水分子竟然輕而易舉就進去了。
而更大的意外則讓他們驚得目瞪口呆,進入碳奈米管的水,在攝氏一百多度的時候,竟然結成了冰!
團隊的領頭人麥克·斯特諾說,把流體限制在奈米腔中,可能會扭曲它的相行為,即固相、液相、氣相之間的變化可能有所不同,這種效果本來可以預期。
但實驗中發現這種變化幅度的巨大及方向的反轉(凝固點升高而不是降低)卻是始料未及的,水竟然在105℃或更高的溫度下固化了。
固化時的準確溫度很難測定,但在測試中105℃被認為是最小值,實際溫度可能高達151℃。
進一步的測試證明,水在微小的碳奈米管內變化的方式,完全取決於管的確切直徑,即使碳奈米管直徑從1.05奈米變化到1.06奈米,水的冰點都會產生數十度的差異,這種極端的差異可以說完全意想不到。
這個發現實在太過怪異,科學家們被打了個措手不及,對可以用它做什麼一直還沒有成熟的想法。
不過由於它在室溫下穩定的電熱效能,研究人員認為或可用它開發一種取代電線的“水線”,其傳導效能應該比現有材料要好得多。
看來物極必反這句古話說得不錯,即使是我們非常熟悉的材料,當被捕獲在以奈米(十億分之一米)為單位的結構中時,它的行為也會令人捉摸不透,甚至匪夷所思,所以都不要太過極端了。