美国科学家探究到水的本质 或许对于燃料电池和能源问题至关重要

材料牛注：美国太平洋西北国家实验室的研究团队对水的性质进行了详细的研究。他们在高真空的仪器内先将-173℃下的水冰晶迅速加热到17℃，在通过极冷的金属块传递热量，终止其融化，分析其表征，发现纳米级水滴通过扩散，然后润湿表面。水的本质对于燃料电池和能源问题至关重要。

美国太平洋西北国家实验室对水的性质进行了详细的研究。水与地球上生命的有这千丝万缕的联系。但在超高真空实验开始之前，水就消失了。所以Greg Kimmel和他的同事设计一种新的实验方法，减慢水的融化过程。

通过这种方法，他们每10纳秒就捕捉到水分子的运动。他们发现由微小的冰晶体融化形成的水最终会扩散到表面。Kimmel解释道：“一些理论假定水不会润湿水的表面，但实际上，我们发现水滴会扩散并覆盖水的表面。”

控制水和水表面之间的异常的相互作用，可能会帮助我们如何设计水分子膜，及解决国家的能源问题。水的相互作用对燃料电池来说是至关重要的，将农业废弃物转化为燃料，以及了解气候模式和全球气候变化。这项研究在纳米级上详细地描述了水与水表面的相互作用。如果在纳米级上对水进行科学的描述是片面的，这会破坏有关水、云或燃料电池等较大结构的计算和预测。

在纳米级上改变水的行为，也许同样适用于燃料电池。为了改变水的行为，科学家必须了解水的行为。多年来，太平洋西北国家实验室的科学家们致力于水是如何润湿表面的：它仅是流经还是停留在表面？

回答这个问题往往需要超高真空的样品数据。不幸的是，当冰在仪器中被加热形成水时，就会迅速从表面蒸发了。

为了研究液态水的行为，他们耗时两年，提出用高真空的方法来研究水的行为。Kimme和他的同事设计了一种方法：融化冰之后迅速冰冻，可以用不同的仪器分析。

在-173℃温度下，他们在铂表面形成了冰晶体。他们以在10纳秒内将铂加热到17℃。加热融化冰，实现水分子运动和重组。通过低温的金属快速传热，冻结样品，终止液态水的运动。在高真空的仪器中分析样品。Kimmel解释道：这种方法给我们提供了一种水特性的研究技术：水晶冰膜迅速融化，在10纳秒后，通过低温的金属快速传热冻结样品终止其融化，然后分析其表征。

他们发现，通过热脉冲将20到30纳米厚的冰晶体转变为纳米级的水滴，最初并不润湿表面。最终，液滴扩散出去，覆盖了表面，形成了几个分子层厚的膜。

原文参考地址：Platinum, Puddles, and Water's True Nature

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

感谢材料人编辑部杨洪期提供素材。