超冷水和玻璃態水的熱力學性質新探

《超冷水和玻璃態水的熱力學性質新探》是依託中國科學技術大學，由鄭建明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超冷水和玻璃態水的熱力學性質新探
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄭建明
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

水的一些最重要特性，如玻璃化轉變和液-液相變，被懷疑隱藏在結晶區域裡。長期以來，如何突破結晶屏障一直是困擾科學家們的棘手問題。最新研究顯示受限於納米空間的水可避免在低溫下結晶，然而，相關結果的可靠性和代表性受到了強烈質疑。在此，我們提出一個全新的解決方案，即採用具有亞微米直徑的、纖維狀的、非受限的玻璃態水作為液態水低溫熱力學性質的研究體系（我們已發明了相應製作方法）。DSC測試結果表明，該玻璃態水在升溫過程中沒有出現明顯的結晶，但在T1=136 K，T2=230 K附近清晰地呈現兩個吸熱峰，分別表現出玻璃化轉變和液-液相變的特徵。力學形變結果也表明該玻璃態水存在三個明顯不同的力學狀態：彈性態（TT2）。因此，進一步的深入研究對掌握目前具有廣泛爭議的水的低溫熱力學性質具有重大科學意義，同時，對闡明受限水和表面水的基本性質提供重要參考。

結題摘要

長期以來，水在低溫下的一些重要熱力學特性，如玻璃化轉變和液-液相變等，被懷疑掩藏在結晶區域中。為此，我們突破了水的結晶屏障，自主搭建了靜電噴霧和低溫猝冷設備平台。利用該平台，我們成功將水製備成具有納米尺寸、纖維狀、非受限的液態水，同時對其形成條件和控制參數的進行了多方面的探索，並提出了可能的形成機理。我們認為一維非受限液態水是由電噴霧過程中下落液滴所揮發出的蒸氣在低溫和電場作用下凝聚而成，形成機理包括液滴揮發，蒸氣過飽和，液滴凝聚，低溫猝冷四個物理過程。我們以所得的一維非受限液態水的熱力學性質為研究對象，通過現代光譜學和熱力學測試手段，系統的表征了其在低溫區的性質。結果表明，該研究對象在免於結晶的同時，又能夠不損失體相水的基本屬性，這一發現對掌握目前具有廣泛爭議的水的低溫熱力學性質具有較大的科學意義，對闡明受限水和表面水的基本性質將提供重要參考。