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荷兰科学家首次观察到室温下水结晶现象
华翼网新闻中心 news.chinesewings.com - 荷兰新闻) 2008-09-01
据科技日报报道,荷兰莱顿大学科学家首次在室温下观察到水的结晶现象,这种现象只在极其有限的空间———只有几个纳米大小的空间里发生,肉眼无法看到。相关研究成果发表在近期出版的《物理学评论快报》上。 (www.chinesewings.com)

在实验中,水被固定在摩擦力显微镜和热解石墨之间,并使用摩擦力显微镜研究热解石墨表面和沿悬臂梁滑动之间的摩擦力。
 
实验是在用陶瓷材料制成的容器中进行,内部的湿度可以在1%%—50%%之间进行调整。研究对象的大小只有3×3纳米,显微镜扫描的速度随湿度的变化在每秒100纳米—0.5纳米范围内调整。在不同的湿度下和扫描速度下对摩擦力进行了大量测量研究。研究发现,当被观测容器中的湿度很小,为1%%时,显微镜探针的振动幅度为0.25纳米,而这恰好等于石墨晶格的大小,在提高湿度和扫描速度很小的情况下,显微镜的探针振幅增大。

研究人员对显微镜振动幅度间距进行分析后发现,探针振动的周期与水分子结构的周期相吻合,而只有在水处于固体状态,也就是变成冰的情况下才会出现这种状况,即在显微镜探针和石墨表面之间发生了水结晶现象。

研究人员还发现,当容器内的湿度超过50%%时,在扫描速度很小的情况下,摩擦力仍然很大,但探针的摆动几乎观察不到。对于这种现象,研究人员认为,这也说明发生了水的凝结,显微镜探针振幅与石墨晶格周期的不相符合是最有力的证据,这个振幅与不同冰水形态的晶格周期相吻合。

研究人员还测量了在湿度为25%%的环境下,摩擦力与石墨表面的压力之间的关系。研究发现,探针在运动过程中“抓住”了结晶了的水原子层,随着摩擦力的增大,探针进入冰的深度越来越大,并一同将原子层带入冰层。
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