眾所周知,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,人體中水分也佔到了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,關於水的特性我們都早已熟知。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。下面我帶大家了解一下吧。
當科學家把碳奈米管浸入含有水的容器中時,發現了幾個水分子可以鑽入奈米管中。當加熱碳奈米管時,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,是水分子與碳奈米管之間形成的一種特殊的晶體結構,這裡我們也把它稱之為冰。
經過多次試驗發現不同直徑的碳奈米管,水的結冰溫度都不同。奈米管的直徑越小,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奈米左右),放入直徑只有1.05奈米的碳奈米管中時,水會在105度結冰。而當碳奈米管的直徑變成了2奈米時,水分子居然在零下83攝氏度才會結冰。碳奈米管的直徑哪怕只相差0.1奈米,水的結冰溫度都會相差20攝氏度。
或許我們可以類比成巨集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於巨集觀低速的狀態,而在微觀世界就不再適用。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衝中子源來進行試驗,並且改進了碳奈米管的結構,讓水分子在碳奈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。不管是哪種碳奈米管的結構,只要能夠廣泛應用於飛機和航天材料都是百利而無一害。
我們知道,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奈米管制造的材料,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奈米管的結構和直徑大小來控制水分子的冰點。載人火箭發射到迴歸地球的過程中,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奈米的碳奈米管,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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精彩!奇妙之旅程,長見識,有時在探索未知時會有例外的事件發生!三生有幸!
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結冰?還是髒堵了?
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等等,水不是超過100°就變成氣蒸發了嗎?哪來的105度啊?
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油鍋裡的水為什麼不結冰!
高壓鍋裡的水為毛不結冰?