08.31 科學家制造地球最純淨水滴:真空中製造不接觸空氣

科學家制造地球最純淨水滴:真空中製造不接觸空氣

研究人員將一股細微的純化水蒸氣樣品從相鄰隔室釋放到真空室中,於是就在“手指”末端形成了一根小冰柱。右圖是冰柱融化後的水滴。

北京時間8月28日消息,據國外媒體報道,如果純淨意味著神性,那這就是一滴神聖的水珠。奧地利維也納科技大學的研究人員宣佈,他們創造出了世界上最乾淨的水滴。

這種超級純淨的水可以幫助解釋為什麼自清潔表面(比如塗有二氧化鈦的物體表面)在與空氣和水接觸時,會“蒙上”一層薄薄的神秘分子層。論文作者之一、維也納科技大學的化學家烏爾裡克·戴博德(Ulrike Diebold)說:“我們(在世界各地)有4個實驗室在研究這一問題,並提出了4個不同的解釋。”

戴博德表示,當二氧化鈦表面暴露在紫外線下時,它們會“消耗掉”表面上的任何有機化合物。這為這些表面提供了許多有用的特性;例如,即使在潮溼的浴室中,水蒸氣也不會凝結在具有二氧化鈦塗層的鏡子上。

然而,如果將二氧化鈦表面放在黑暗中太長時間,就會形成神秘的汙垢。對此大多數解釋認為,這涉及到某種與環境中水蒸氣的化學反應,而戴博德及其同事將超級純淨的水滴應用在這些物體表面,顯示單單水本身並不會導致分子薄膜的出現。

創造這種超級純淨的水滴充滿挑戰。此前有報道指出,水非常容易受到痕量雜質的汙染,而完全純淨的水是不存在的。戴博德表示,為了儘可能獲得最純淨的水,她的團隊需要設計出一個專門的工具,將水推向極限——在真空中製造出未與空氣接觸過的最純淨水滴。

他們開發的裝置中,有一個真空室,其頂部懸掛著一根冷卻至攝氏零下140度的“手指”;研究人員將一股細微的純化水蒸氣樣品從相鄰隔室釋放到真空室中,於是就在“手指”末端形成了一根小冰柱。研究人員加熱冰柱,使其融化成水滴,並在蒸發之前滴落在下方的一塊二氧化鈦表面上。由於水在真空中蒸發速度非常快,因此這一實驗充滿挑戰。之後的觀察顯示,二氧化鈦表面並沒有形成分子膜,從而否定了一些研究者提出的神秘分子層與水有關的推測。研究人員將實驗結果發表在8月23日的《科學》(Science)雜誌上。

“關鍵在於,水和二氧化鈦此前都沒有暴露在空氣中,”戴博德說道。接下來,研究人員用顯微鏡和分光鏡對二氧化鈦進行了掃描,發現分子薄層根本不是由水或與水有關的化合物組成的。相反,乙酸(使醋呈現酸味的物質)和甲酸出現在了二氧化鈦表面上。二者都是植物生長的副產物,並且在空氣中僅以微量存在。不過,很顯然,只要二氧化鈦等自清潔表面與空氣接觸,那這些物質的量已經足以形成一層很薄的分子膜。(任天)

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