水在105度不沸騰反結冰,今後電線或被水線取代
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。但現在,發生了一件意外之外的意外,讓這個真理有點撲朔迷離了。
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。
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納米管中,意外之外的意外竟接連發生了。先是他們本來預料碳納米管會排斥水分子,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,進入碳納米管的水,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,把流體限制在納米腔中,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,水在微小的碳納米管內變化的方式,完全取決於管的確切直徑,即使碳納米管直徑從1.05納米變化到1.06納米,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,對可以用它做什麼還暫未有成熟的想法。不過由於它在室溫下穩定的電熱性能,研究人員認為或可用它開發一種取代電線的「水線」,其傳導性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,當被捕獲在以納米(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。
這個研究發表在11月28日的自然納米技術雜誌上。
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