韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院研究團(tuán)隊(duì)首次在室溫、超高壓（超過2吉帕）條件下，觀測(cè)到水在百萬分之一秒（微秒）內(nèi)經(jīng)歷的多重凍結(jié)與融化過程，并據(jù)此發(fā)現(xiàn)了人類已知的第21種冰相，命名為“冰XXI”。這一成果揭示了此前從未發(fā)現(xiàn)的水結(jié)晶路徑，為理解水在極端環(huán)境中的結(jié)構(gòu)變化提供了新視角。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·材料》雜志。
通常，水在溫度降至0℃以下時(shí)會(huì)結(jié)冰。但事實(shí)上，冰也可在室溫甚至高于沸點(diǎn)的溫度下形成，因?yàn)榻Y(jié)晶（液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的過程）不僅受溫度影響，也受壓力制約。例如在室溫下，當(dāng)水受到的壓力超過0.96吉帕?xí)r，就會(huì)發(fā)生相變，形成一種稱為“冰Ⅵ”的晶體結(jié)構(gòu)。過去一個(gè)世紀(jì)中，研究人員通過改變溫度與壓力，已在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)20種不同的冰相結(jié)構(gòu)。然而，在0—2吉帕這一壓力區(qū)間，水的相變最為復(fù)雜，超過10種冰相密集存在，結(jié)構(gòu)極為多樣。
研究團(tuán)隊(duì)利用自主研制的動(dòng)態(tài)金剛石對(duì)頂砧（dDAC），首次在室溫下生成了“超壓縮液態(tài)水”，即在超過2吉帕的壓力下仍保持液態(tài)的水。這一壓力是已知結(jié)晶壓力的兩倍以上。dDAC裝置利用壓電驅(qū)動(dòng)，可在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)均勻加壓，避免傳統(tǒng)設(shè)備因機(jī)械擾動(dòng)引發(fā)的結(jié)晶誤差。團(tuán)隊(duì)利用微秒級(jí)時(shí)間分辨率實(shí)時(shí)捕捉結(jié)晶過程，觀察到水在極端壓力下出現(xiàn)了復(fù)雜的多重結(jié)晶路徑。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在這些快速相變中，水會(huì)經(jīng)歷此前未被發(fā)現(xiàn)的過渡結(jié)構(gòu)，并最終形成一種全新的冰相，即冰XXI。這種新冰具有異常龐大而復(fù)雜的晶胞結(jié)構(gòu)，其晶格單元呈扁平矩形，形態(tài)獨(dú)特，與此前所有已知冰相顯著不同。
冰XXI的密度與木星、土星冰衛(wèi)星內(nèi)部的高壓冰層相近，這一發(fā)現(xiàn)可能為研究極端條件下生命起源提供新線索。研究團(tuán)隊(duì)表示，未來將進(jìn)一步探索超高壓下水與冰的相變規(guī)律，為開發(fā)新型材料、理解行星內(nèi)部物質(zhì)演化提供科學(xué)依據(jù)。
韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院研究團(tuán)隊(duì)首次在室溫、超高壓（超過2吉帕）條件下，觀測(cè)到水在百萬分之一秒（微秒）內(nèi)經(jīng)歷的多重凍結(jié)與融化過程，并據(jù)此發(fā)現(xiàn)了人類已知的第21種冰相，命名為“冰XXI”。這一成果揭示了此前從未發(fā)現(xiàn)的水結(jié)晶路徑，為理解水在極端環(huán)境中的結(jié)構(gòu)變化提供了新視角。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·材料》雜志。
通常，水在溫度降至0℃以下時(shí)會(huì)結(jié)冰。但事實(shí)上，冰也可在室溫甚至高于沸點(diǎn)的溫度下形成，因?yàn)榻Y(jié)晶（液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的過程）不僅受溫度影響，也受壓力制約。例如在室溫下，當(dāng)水受到的壓力超過0.96吉帕?xí)r，就會(huì)發(fā)生相變，形成一種稱為“冰Ⅵ”的晶體結(jié)構(gòu)。過去一個(gè)世紀(jì)中，研究人員通過改變溫度與壓力，已在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)20種不同的冰相結(jié)構(gòu)。然而，在0—2吉帕這一壓力區(qū)間，水的相變最為復(fù)雜，超過10種冰相密集存在，結(jié)構(gòu)極為多樣。
研究團(tuán)隊(duì)利用自主研制的動(dòng)態(tài)金剛石對(duì)頂砧（dDAC），首次在室溫下生成了“超壓縮液態(tài)水”，即在超過2吉帕的壓力下仍保持液態(tài)的水。這一壓力是已知結(jié)晶壓力的兩倍以上。dDAC裝置利用壓電驅(qū)動(dòng)，可在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)均勻加壓，避免傳統(tǒng)設(shè)備因機(jī)械擾動(dòng)引發(fā)的結(jié)晶誤差。團(tuán)隊(duì)利用微秒級(jí)時(shí)間分辨率實(shí)時(shí)捕捉結(jié)晶過程，觀察到水在極端壓力下出現(xiàn)了復(fù)雜的多重結(jié)晶路徑。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在這些快速相變中，水會(huì)經(jīng)歷此前未被發(fā)現(xiàn)的過渡結(jié)構(gòu)，并最終形成一種全新的冰相，即冰XXI。這種新冰具有異常龐大而復(fù)雜的晶胞結(jié)構(gòu)，其晶格單元呈扁平矩形，形態(tài)獨(dú)特，與此前所有已知冰相顯著不同。
冰XXI的密度與木星、土星冰衛(wèi)星內(nèi)部的高壓冰層相近，這一發(fā)現(xiàn)可能為研究極端條件下生命起源提供新線索。研究團(tuán)隊(duì)表示，未來將進(jìn)一步探索超高壓下水與冰的相變規(guī)律，為開發(fā)新型材料、理解行星內(nèi)部物質(zhì)演化提供科學(xué)依據(jù)。
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