美國科學家探究到水的本質 或許對于燃料電池和能源問題至關重要

材料牛注：美國太平洋西北國家實驗室的研究團隊對水的性質進行了詳細的研究。他們在高真空的儀器內先將-173℃下的水冰晶迅速加熱到17℃，在通過極冷的金屬塊傳遞熱量，終止其融化，分析其表征，發現納米級水滴通過擴散，然后潤濕表面。水的本質對于燃料電池和能源問題至關重要。

美國太平洋西北國家實驗室對水的性質進行了詳細的研究。水與地球上生命的有這千絲萬縷的聯系。但在超高真空實驗開始之前，水就消失了。所以Greg Kimmel和他的同事設計一種新的實驗方法，減慢水的融化過程。

通過這種方法，他們每10納秒就捕捉到水分子的運動。他們發現由微小的冰晶體融化形成的水最終會擴散到表面。Kimmel解釋道：“一些理論假定水不會潤濕水的表面，但實際上，我們發現水滴會擴散并覆蓋水的表面。”

控制水和水表面之間的異常的相互作用，可能會幫助我們如何設計水分子膜，及解決國家的能源問題。水的相互作用對燃料電池來說是至關重要的，將農業廢棄物轉化為燃料，以及了解氣候模式和全球氣候變化。這項研究在納米級上詳細地描述了水與水表面的相互作用。如果在納米級上對水進行科學的描述是片面的，這會破壞有關水、云或燃料電池等較大結構的計算和預測。

在納米級上改變水的行為，也許同樣適用于燃料電池。為了改變水的行為，科學家必須了解水的行為。多年來，太平洋西北國家實驗室的科學家們致力于水是如何潤濕表面的：它僅是流經還是停留在表面？

回答這個問題往往需要超高真空的樣品數據。不幸的是，當冰在儀器中被加熱形成水時，就會迅速從表面蒸發了。

為了研究液態水的行為，他們耗時兩年，提出用高真空的方法來研究水的行為。Kimme和他的同事設計了一種方法：融化冰之后迅速冰凍，可以用不同的儀器分析。

在-173℃溫度下，他們在鉑表面形成了冰晶體。他們以在10納秒內將鉑加熱到17℃。加熱融化冰，實現水分子運動和重組。通過低溫的金屬快速傳熱，凍結樣品，終止液態水的運動。在高真空的儀器中分析樣品。Kimmel解釋道：這種方法給我們提供了一種水特性的研究技術：水晶冰膜迅速融化，在10納秒后，通過低溫的金屬快速傳熱凍結樣品終止其融化，然后分析其表征。

他們發現，通過熱脈沖將20到30納米厚的冰晶體轉變為納米級的水滴，最初并不潤濕表面。最終，液滴擴散出去，覆蓋了表面，形成了幾個分子層厚的膜。

原文參考地址：Platinum, Puddles, and Water's True Nature

論文地址：Platinum, puddles, and water's true nature

感謝材料人編輯部楊洪期提供素材。