一個偶然的驚喜：科學家發現「光子水」

（圖片來源於：K. Sano）

導讀

重大的科學發現，往往來自偶然，是人類始料未及的。日本理化學研究所的研究人員在一個偶然機會中，發現了一種液體叫做「光子水」，它可以反射光線的波長範圍極廣：從紫外線到紅外線。這是目前為止所報道的最寬的波長範圍。它未來可以應用於通信系統和激光器。

故事從「鈦酸鹽納米片」超薄晶體開始

一種稱為「鈦酸鹽納米片」的超薄晶體，在清除有機污染物方面很有著很好的應用。日本理化學研究所新型物質研究中心科學家 Yasuhiro Ishida 和他的同事們之前發現，這些納米片浸泡在水中時，會產生卓越的性能。例如，它們可以形成柔軟的水凝膠，對於刺激做出收縮和舒張的反應，就像人類肌肉一樣。

（圖片來源於：日本理化學研究所）

嘗試探索「鈦酸鹽納米片」的內存屬性

新合成的鈦酸鹽納米片具有各種尺寸，所以很難理解其內在屬性。為了研究，RIKEN 團隊使用了一種補救措施：離心機，使用它對於不同尺寸的鈦酸鹽乳狀液進行挑選。但是，他們的嘗試失敗了，因為離心後，搜集到了所有尺寸的納米片。

嘗試雖然失敗了，卻有了意外收穫！

科學家在剩餘的固體中卻發現了有趣的屬性：當在水中再溶解的時候，之前透明混合物轉變為艷紫色。

根據 Ishida 的說法，這種令人矚目的紫色顯示納米片已經形成一個有序的結構，能夠反射光線。液體是通常是無序的結構，所以這完全出乎意料。

所以，Ishida 對此也感到很意外，他這麼說：

「當我的學生KoKi Sano 首次告訴我，離心分離時發生了顏色變化，我當時無法相信。我認為這是污染物，然後叫他重複實驗。」

離心分離到底起了什麼作用！？

進一步的測試顯示：離心分離移除了一種離子污染物，這種污染物阻擋了相鄰納米片之間大的靜電排斥電荷。當在水中重新散開的時候，這些新形成的晶體可以自由地將相互將對方推到幾百個納米之外，從而形成過一個有序的框架，同時保持含水量超過99.5%。

不能停止，進一步擴大研究成果！

研究人員開發了幾種對於這種新物質進行控制的方法。最簡單的途徑就是將納米片的濃度從0.5%降低到0.09%。這種似乎很小的變化，可以調諧反射光線的波長範圍很寬：從紫外線到紅外線。他們意識到可以使用外部磁場，使晶體對齊，從而形成更加有序的區域，從而提高顏色的輸出質量。另外，這種溶液的pH值的微秒變化可產生顯著的藍色、綠色和紅色的顏色變化，比傳統的pH值指示器，具有更加敏感的範圍。

未來，它會有什麼用途呢？

聽聽研究人員 Ishida 的說法：

「考慮到它的刺激響應性和寬範圍的顏色調製，光子水可能的應用包括：通信系統中近紅外頻段的過濾器或者光子激光器。」

一點啟發和思考

也許，當我們向著自己預定的目標奮鬥時，可能會屢遭失敗，但是過程中也可能有意外驚喜。科學研究如此，很多事都是如此。創新發現，往往不是我們所想所期的。它就像一件美好的禮物，打開時你會很驚喜。

參考資料

【1】http://www.riken.jp/en/research/rikenresearch/highlights/8290/

註：「光子水」 英文名 photonic water

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