光明网北京1月22日电（记者金浩田）水，这种我们看似熟悉的物质，在微观世界深处正在展现出令人惊讶的新特性。北京大学物理学院量子材料科学中心和北京怀柔轻元素量子材料跨学科平台的蒋英、卞可、王恩哥等科学家与香港城市大学曾晓成合作，利用专有的尖端显微技术，首次在室温下直接观察水在纳米级密闭空间内的液固相变。时间。这一突破性的发现为理解水的许多不寻常行为提供了重要证据，预计将带来从海水淡化到能源回收等未来颠覆性技术。相关成果近日在线发表于国际学术期刊《Nature Materi》等。 “当水被限制在几纳米甚至更小的空间内时，它的物理和化学性质与液态水有很大不同，比如超快传输、超低介电常数，甚至与铁电材料相似的性质。”然而，江英说，这些异常现象的微观起源长期以来一直存在争议。主要障碍在于缺乏能够“透过表面看到界面”并直接观察纳米级空腔内水分子结构的“眼睛”。 “水的结构是什么？”和“如何在微观层面测量界面现象”是分别于2005年和2021年发表在《Science》杂志上的两个科学问题，它们的交集是“纳米受限水的结构研究”，这是一个极具挑战性的前沿堡垒。为了实现这一目标，经过多年的努力，蒋英团队创造性地将高端扫描探针技术与量子传感技术相结合，打造单扫描量子传感显微镜系统。这项技术就像为科学家配备了“原子级磁共振成像机”。其灵敏度和精度远远超过常规方法，最终使得直接观察嵌入界面的纳米腔内水的结构和相变行为成为可能。研究团队在实验中揭示了清晰的物理图景。当承压水的空间尺寸减小到1.6纳米以下时，水分子的扩散运动明显减慢。水分子变成了典型的液体。但它变成了一种新的“类固体”状态，而不是典型的固体。当空间进一步压缩到一纳米以下时，奇迹就会在室温下发生。被困的水完全“冻结”并形成晶体结构。 “这组实验观察结果也得到了强烈支持蒋英表示，这一发现不仅解释了特殊状态下的水，而且为解释纳米限域水令人费解和不寻常的性质提供了统一的物理框架。该杂志的审稿人一致认为，该研究“坚定地回答了纳米限域条件下水行为的长期悬而未决的问题”，“这个实验回答了有关纳米尺度水行为的许多基本问题，当然具有重要意义。”跨学科的基础研究和应用”，称实验方法“特别创新”。蒋英表示，这项研究还揭示了纳米流体领域的重要争议。在纳米级通道中，流体可能不再表现出简单的液体流动行为，而是以准摩擦“类固体”状态传输“超级润滑剂”。这种深刻的理解为设计 h 铺平了道路。下一代高效技术。未来，这可能会导致海水淡化、空气-水提取、纳滤和新能源收集系统等领域的颠覆性技术变革。
（编辑：何欣）