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據(jù)科技日報消息
一個國際科研團(tuán)隊
借助位于法國勞厄—朗之萬研究所內(nèi)
先進(jìn)的中子光譜儀等設(shè)施
首次觀測到水的奇異形態(tài)
“塑性冰七”（Plastic?ice?Ⅶ）
相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然》雜志
水還有多種形態(tài)？
水是地球上最常見的化合物之一
它源自地球的水循環(huán)過程
水在地球生態(tài)系統(tǒng)中
扮演著不可替代的角色
同時也為人類生活
提供了必需的支持和資源
自然水循環(huán)過程 圖片源自中國水科院水資源所
水可以在不同的溫度和
壓力條件下相互轉(zhuǎn)化
表現(xiàn)出不同的形態(tài)和性質(zhì)
一般而言水有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)
3種基本形態(tài)
液態(tài)水是我們?nèi)粘Ｋ熘?/span>
它是水在常溫下的狀態(tài)
用于飲用、洗滌、灌溉等方面
江河湖泊的水大多數(shù)時間
都是以液態(tài)形式存在的
固態(tài)水是指水凝固形成的冰
通常在低溫下出現(xiàn)
如冬季結(jié)冰的湖面、河流以及冰川等
氣態(tài)水是水的蒸氣形態(tài)
當(dāng)水受熱后蒸發(fā)成氣體
可以形成云、霧、雨等自然現(xiàn)象
但實際上
水還擁有更多形態(tài)
其中一些僅在高溫高壓下出現(xiàn)
被稱為奇異態(tài)
這次觀測到的塑性冰七
便是水少為人知的奇異形態(tài)之一
15年前
科學(xué)家借助分子動力學(xué)模擬
預(yù)測了“塑性冰七”的存在
而此次研究則首次
通過實驗觀測到了這一形態(tài)
這種形態(tài)不同于普通的冰
是水在極端高壓和特殊溫度條件下
形成的高壓冰相
它能夠展現(xiàn)出類似塑料的柔韌性
兼具固態(tài)和液態(tài)的特性
在“塑性冰七”內(nèi)
水分子形成剛性立方晶格
就像在“冰七”
（一種立方結(jié)晶冰形，
降至室溫后可在3GPa以上
由液態(tài)水形成）內(nèi)一樣
但同時又表現(xiàn)出液態(tài)水內(nèi)的皮秒旋轉(zhuǎn)運動
這種奇特形態(tài)
出現(xiàn)在177℃—327℃高溫
0.1GPa—6Gpa
（1GPa=10億帕）
的壓力環(huán)境下
觀察到“冰7”的鉆石 圖片源自中科院物理所
研究團(tuán)隊通過
準(zhǔn)彈性中子散射（QENS）技術(shù)
識別出了水在溫度和壓力發(fā)生變化時
呈現(xiàn)出的3種不同形態(tài)
水分子同時存在平移和旋轉(zhuǎn)
兩種運動的液態(tài)
水平移和旋轉(zhuǎn)都被凍結(jié)的固態(tài)冰
以及位于中間的“塑性冰七”
在“塑性冰七”內(nèi)
排列成有序晶體結(jié)構(gòu)的水分子
失去了自由平移的能力
但保留了旋轉(zhuǎn)能力
進(jìn)一步分析表明
“塑性冰七”的分子動力學(xué)
可能比最初模擬的更復(fù)雜
其分子旋轉(zhuǎn)機(jī)制
不同于此前預(yù)測的自由轉(zhuǎn)子行為
而且
水從“冰七”到“塑性冰七”
的轉(zhuǎn)變是連續(xù)的
這意味著“塑性冰七”
可能是另一種在更高溫度和壓力下
存在的超離子態(tài)的“前身”
木衛(wèi)三 圖片源自NASA
研究水的塑性態(tài)和超離子態(tài)
能幫助人們進(jìn)一步理解
木衛(wèi)三、木衛(wèi)四等冰衛(wèi)星
以及天王星、海王星等冰行星的
內(nèi)部結(jié)構(gòu)和冰川流動
目前
塑性冰七的相關(guān)研究仍處于探索階段
期待這種神奇形態(tài)的水
未來能夠在新材料領(lǐng)域大放異彩
