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超离子导体水:既呈固态,也呈液态

科普小知识2022-08-03 13:22:13
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超离子导体水:既呈固态,也呈液态

科学家们终于发现了一种新型水冰——超级离子导体水,它既是固体又是液体。通过它,我们也许能够进一步了解水的物质并开发新的材料。

早在几十年前,科学家就提出了这个概念。他们认为超离子导体水存在于天王星和海王星等行星的地幔中。但到目前为止,还没有人通过实验证明它的存在。

这一次,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(加利福尼亚)的物理学家通过一种高压冰和一系列超强激光脉冲成功地制造出了超离子导体水。实验中温度和压力的结合在地球的自然环境中是找不到的。结果,人们第一次真正看到了这神秘的水。这个实验很有挑战性。他们花了两年时间进行测量,又花了两年时间开发数据分析方法。

水分子由两个氢原子和一个氧原子组成,呈V形。在冷却和结冰的过程中,水分子之间的弱相互作用越来越明显,导致它们相互分离。在超离子导体水中,高温破坏了同一个水分子的原子之间的键,使得氧原子具有坚固的晶体结构,而氢离子在其间流动。因此,它既是固体又是液体。这种状态很奇怪。

首先,他们让水在两个钻石层之间通过,形成了“冰七”(Ice Seven)——一种特殊的冰,在室温和高压(压力是地球的一百万倍)下可以保持固态。第二,他们向冰七号施加激光冲击波(持续2亿分之一秒)。在这种极端的条件下,超离子导体水诞生了。因为冰是预先压缩的,所以在高温下不会蒸发。

科学家根据光学特征进行判断:物质中流动的是离子,而不是电子。

我们终于知道了超离子导体水的存在,这有助于解释天王星和海王星的磁场异常。此外,它还向人们展示了分子在极端温度和压力下的反应。通过操纵分子反应,科学家甚至可以开发出具有特殊性质的新材料。如今,随着计算资源越来越丰富,科学发展可能已经到了一个转折点。