一种新型冰可能有助于我们理解水之谜

研究人员在低温下通过将直径为1厘米的不锈钢球与普通冰一起摇晃而创造了一种新型冰。这种新型冰的密度接近普通液态水的密度。图/Christoph Salzmann

二月三日《科学》杂志报道，这种新型冰属于非晶冰的特殊类型，水分子在其中没有像普通结晶冰那样排列成整齐的图案。虽然已发现其他类型的非晶冰，但它们的密度要么低于水的标准密度，要么高于水的标准密度。一些科学家希望这种新型非晶冰能帮助解决围绕水的科学谜团。

研究人员使用了一种惊人简单的技术来产生新型冰。该技术被称为球磨，它涉及将一容器冰和不锈钢球放在77开尔文(接近零下200摄氏度)的低温下摇晃。研究人员出于好奇做了这项研究，他们没有预料到这种技术会产生新型非晶冰。

对冰结晶的X射线散射分析表明，他们创造了一种非晶冰。通过模拟球磨效应，计算机模拟研究也表明，冰层通过随机方向滑动相互作用后，可以产生一种无序结构。

如果这种新型冰确实与液态水有关，它可能有助于科学家更好地理解水的奇特性。由于水违背了液体的规律，它变得很神秘。许多科学家认为，水的奇怪行为与它作为超冷液体的行为有关。在超冷液体的条件下，纯水可以保持液态状态。在这种条件下，液态水被认为存在两种不同的相，高密度液相和低密度液相，这种双重性质可以解释水在更典型的条件下的表现。但是，这个想法仍然存在许多不确定性。

计算机模拟揭示了普通结晶冰(左图)如何在与不锈钢球低温摇晃时变成一种无序固体。在模拟中，冰层随机移动，水分子(红色和灰色)重新排列成一种混乱无序的冰，被称为非晶冰(右图)。图/剑桥大学

Salzmann和他的同事认为，这种新型冰可能是一种特殊的水，称为玻璃。玻璃可以通过快速冷却液体制成，使分子无法重新排列成晶体结构。 窗玻璃中的玻璃就是这种材料的例子，它是通过冷却熔融硅沙制成的，但其他物质也可以形成玻璃。

如果这种新型冰是水的玻璃态，科学家需要弄清它如何适应那个双液态的模型。这可能有助于科学家在难以研究的超冷条件下揭示真实情况。

但是，一些研究人员怀疑这种新材料与液态水的奇异物理学没有任何联系。奥地利因斯布鲁克大学的物理化学家Thomas Loerting认为，这种冰“与非常小的、扭曲的冰晶密切相关”，而不是液态水。

然而，早期的计算机模拟表明，水可以形成一系列密度接近液态水的玻璃，纽约市立大学布鲁克林学院的计算物理学家Nicolas Giovambattista表示，这些模拟产生的结构类似于球磨冰的计算机模拟中所看到的结构。他没有参与新研究。Giovambattista表示，“这为新问题开启了大门。这是新的发现，那它到底是什么呢？”

本文译自 sciencenews，由 BALI 编辑发布。