日搭建迄今最輕冰結構 多孔超輕類似氣凝膠

據《新科學傢》雜志網站近日報道,日本科學傢通過計算機模擬,發現瞭300多種全新冰結構,多孔超輕類似氣凝膠,其空間網狀結構中充滿氣體分子,而外表呈固體狀,並發現迄今密度最小(即最輕)的固體水結構,研究這些新結構有助於揭開水分子在低溫低壓等極端環境下的性質。

人們一般認為,冰塊是由水冷卻而成的固態晶體,晶格呈六角形結構。但其實,並非所有的冰都是這種六角形結構,科學傢們已經從實驗上驗證瞭17種冰結構的存在,這些不同於常規冰的結構一般存在於外行星或外行星大氣層中。

水分子在比大氣壓更高的壓力下被壓縮時,其形成的冰塊會比常規冰的密度更大;而當氣壓極低時,水分子會變成類似棉花糖、充滿氣體、密度更低的晶體結構。現已發現兩種低密度冰結構:密度為常規冰80%的太空富勒烯狀冰塊,以及結構像沸石礦的沸石冰,其內的水分子模塊就像樂高積木塔一樣,密度為常規冰的50%到90%。

發表在最新一期《化學物理學雜志》上的研究論文稱,日本岡山大學科學傢松本正和(音譯)及其同事利用一種類似分子積木遊戲的計算機模型,發現瞭第18種可能存在的冰結構。他們以沸石冰為基礎,像玩積木一樣,將沸石冰中的某些結構移走,換成其他的結構模塊,從而讓其越變越輕。最終他們模擬出300多種密度更小的納米冰結構,並發現這些結構在低壓和接近絕對零度(-273.15℃)條件下能保持穩定。

松本表示,他們通過模擬分子積木,已經搭建出迄今密度最小的氣凝膠樣冰結構,由於這種結構隻能在低溫低壓等極端條件下穩定存在,要在現實世界合成極為困難。他說:“不過,我們的研究為低密度冰塊描繪瞭一幅藍圖,下一步就是如何在實驗室合成出這些驚人的結構,揭示水分子在外太空的性質之謎。”

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