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水的絕對零度可能變得更低了? !科學家設法將液滴保持在 -47.2°F 的液態

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一項新研究顯示,水的絕對零度甚至更低。

德克薩斯州的科學家設法將水 (H2O) 結冰的時間從 -36.4°F (-38°C) 降低到 -47.2°F (-44°C)。

專家們使用直徑僅約 2 納米的液滴取得了他們的記錄——大約比雪花小一百萬倍。

他們說,他們的研究很重要,因為微小水滴的冰點對動物在寒冷環境中的生存起著重要作用。

動物細胞內的冷凍水滴會導致細胞破裂和死亡。

了解導致冰形成的條件也有助於行星科學的研究,例如評估其他世界的條件。

以前,已知任何水滴在 32°F 至 -36.4°F(0°C 至 -38°C)之間的任何溫度下都會結冰。

根據休斯頓大學的研究作者的說法,直到現在,在這個溫度以下,結冰是不可避免的 。

他們說:“少量納米液滴的水冰轉化過程在自然界中起著關鍵作用,包括氣候變化、雲的微物理學、寒冷環境中動物的生存機制以及廣泛的技術。”

“這些發現提供了對各種自然現象的理解,並為設計卓越的防冰仿生學或光滑的液體注入表面提供了一條途徑。”

2011 年,猶他大學的研究人員報告稱,水的冰點降至 -55°F (-48°C)。

但這項新研究的作者、休斯頓大學的哈迪·加塞米教授稱這個範圍“有爭議”。

“即使液態水存在於這個範圍內,它也只能在形成冰之前存活幾毫秒,”他告訴 MailOnline。

據研究小組稱,水變成冰是科學的一大謎團,它是如何以及為什麼發生的,這是一個受到嚴格審查的主題。

水實際上有一些奇怪的特性——與其他液體不同,它在結冰時密度會降低。這就是為什麼冰塊漂浮在液態水而不是沉到底部的原因。

液態水在開始達到冰點時會膨脹,這就是湖泊從頂部而不是底部結冰的原因。

令人驚訝的是,可以形成冰的最小納米水滴只有 90 個水分子大——是最小病毒大小的十分之一。

為了在分子水平上了解更多關於水結晶成冰的信息,該團隊將小至兩納米的液滴與凝膠和脂質等軟界面接觸。

他們發現,通過將小液滴與柔軟的表面接觸,他們能夠將小液滴保持在低至 -47.2°F 的液體狀態。

人們認為冰成核的抑制——從溶液中形成晶體的初始過程——是由於軟界面對液滴的壓力造成的。

Ghasemi 教授說:“我們發現,如果水滴與軟界面接觸,結冰溫度可能會明顯低於硬表面。”

“此外,如果與軟界面接觸,幾納米的水滴可以避免凍結至 -44°C。”

西德克薩斯農工大學的 Christopher S. Baird 博士解釋說,眾所周知,當你施加壓力時,水的冰點會下降,他沒有參與這項研究。

“對於大多數液體,施加壓力會提高液體凍結成固體的溫度,”他說。

'當鬆散、蜿蜒的液體分子變得足夠慢並且足夠靠近以形成將它們固定到位的穩定鍵時,就會形成固體。

'當我們對液體施加壓力時,我們會迫使分子靠得更近。因此,即使它們的溫度高於標準壓力下的凝固點,它們也可以形成穩定的鍵並變成固體。

'不過,水有點獨特。當水分子結合成固體晶體結構時,它們會擴散開來。

“在冷凍過程中水分子的這種擴散作用也意味著對水施加壓力會降低冰點。”

水的異常現象,例如凍結方式,是許多自然和技術過程的關鍵。

休斯頓大學的研究小組表示,這項新研究還有助於氣候預測、雲條件、器官的冷凍保存以及暴露於結冰條件的技術(如飛機和風力渦輪機)。

他們的研究已發表在《自然通訊》上。

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