最新高科技能使液態水在加熱時結冰(組圖)

2010-02-10 06:11 作者: 逸凡

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圖:液態水在加熱時結冰。(圖片來源:網際網路)

【看中國歐洲記者逸凡編譯報導】一般水在溫度降低到0攝氏度以下結冰。實際上,純水是不很容易結冰的。晶體冰容易在固體表面結晶生成 ——粗糙表面,或是一粒塵埃顆粒的表面就行。表面物理研究發現,純淨水在光滑乾淨的表面上,其凝固點將降低到零攝氏度以下。在這種狀態下,水被稱為「過冷」(supercooled)。但是,一旦有一個微小的冰晶體在過冷水中形成,過冷的液態水就會在瞬間凝結成堅如岩石的冰塊。

據近一期的《科學》雜誌(Science)報導, 現在科學家已經找到了一種使常壓下的水在-40℃的低溫下還能保持液態的方法。此外,科學家們還發現了另一種方法使水在加熱時結冰。可以說,這至少聽上去像天方夜譚。另外此項研究結果還可能對計算機氣象數值模擬計算產生影響。

以色列魏茨曼科學研究所(Weizmann Institute of Science)的伊戈•路波密爾斯基(Igor Lubomirsky)和他的同事通過使用熱釋電非晶態固體材料(pyroelectric amorphous solids)作為載體表面讓純淨水在上面結冰,實現了這一不尋常的壯舉。熱釋電非晶態固體材料有一個特殊物理性質:溫度可以改變固體表面的電荷的性質。



圖:鉭酸鋰非晶態材料(lithium tantalate,LiTaO3)。(圖片來源:網際網路)

當科學家把純淨水置於熱釋電非晶態材料上,水的凝固點不再是通常的0 °C。事實上,此時水的凝固點取決於非晶態固體材料表面的電性。科學家們通過變化材料表面的電性能夠使液態水過冷到-40 °C而不結冰。

該小組研究的非晶態材料之一是鉭酸鋰(lithium tantalate,LiTaO3)。在攝氏零下11度時,該材料帶負電。但是當溫度升高3攝氏度,即攝氏負8度時,它就帶正電荷。由於水更容易在一個溫度較高並帶正電荷的表面結冰,所以當你加熱在鉭酸鋰材料表面上的過冷液體時,它會變成固體 –這一研究結果完全不符合我們日常的生活常識。

該小組研究發現的另一個奇怪的現象是:在帶正電荷的固體表面,水從底部自下而上結冰,在帶負電的固體表面上,水自上而下結冰。


圖:材料表面的電性。(圖片來源:網際網路)

美國伊利諾伊州西北大學的物理化學家弗蘭茲•蓋革(Franz Geiger)表示,這一最新研究成果表明,在氣象數值模擬計算中人們應重新考慮水滴中塵埃顆粒的重要作用。因為在大氣中,冰是在塵埃顆粒表面結晶生成的——這就是大自然如何造出雲的。塵埃粒子可以帶有不同電性的電荷。塵埃粒子的電荷可能改變形成雲的所需溫度,因此它是一個計算機氣象數值模型計算時需要考慮的變數。

来源:看中國

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