均質な氷の核化温度以下の水構造の超高速X線探査

科学分野:

• 物理化学 物理化学
• 熱力学は熱力学である.
• マテリアルサイエンス 材料科学

背景:

• 水は異常な物理的性質を示し,特に凍結点以下に超冷却された場合.
• 熱力学的反応関数は,約228 Kの微分を示唆し",誰もいない土地" (160-232 K) での潜在的な相変化として議論されています.
• 超冷却水に関する以前の研究では,ナノスケールのボリュームを使用しており,大容量の水の特性との関連性を制限しています.

研究 の 目的:

• 均質な氷核化温度 (TH) 以下の大量液体の水の構造を実験的に探知する.
• "ノーマンズ・ランド"地域におけるメタステーブルな液体の水の存在と性質を調査する.
• 水の異常な行動を説明する理論を検証するのに役立つ構造データを提供する.

主な方法:

• 構造分析のためにフェムト秒のX線レーザーパルスを利用した.
• マイクロメートルの水滴の蒸発冷却を使用して,TH以下の温度に達します.
• 特殊なドロップレット技術を使用して,急速な氷結晶化の制限を克服しました.

主要な成果:

• メタスタブルな大量液体の水の実験的証拠を227Kまで提供しました.
• 約229 K.まで冷却すると,構造的な順序が加速することを観察した.
• 氷の結晶化の急速な増加を検知したが,いくつかの滴が数ミリ秒間液体として残ったことに留意した.

結論:

• この研究は",誰もいない土地"に,転移安定した大量液体の水の存在を確認した.
• 発見は,水の異常な熱力学的性質を理解するために重要な構造データを提供します.
• この結果は,低温での水の行動に関する競合する理論を区別するのに役立ちます.