创造100%的超级纯净水

2021年10月8日17:05:32科学探索54阅读模式

创造100%的超级纯净水

自然界中没有一个真正干净的表面,与正常空气接触足以将任何材料涂上一层薄层分子污垢。这种“分子污垢”可以极大地改变材料的性质,但分子本身很难研究。有人推测这种“污垢”只是一层水分子。

研究人员将一股细微的纯化水蒸气样品从相邻隔室释放到真空室中,于是就在“手指”末端形成了一根小冰柱。右图是冰柱融化后的水滴。

据报道,如果纯净意味着神性,那这就是一滴神圣的水珠。奥地利维也纳科技大学的研究人员宣布,他们创造出了世界上最干净的水滴。

这种超级纯净的水可以帮助解释为什么自清洁表面(比如涂有二氧化钛的物体表面)在与空气和水接触时,会“蒙上”一层薄薄的神秘分子层。论文作者之一、维也纳科技大学的化学家乌尔里克·戴博德(Ulrike Diebold)说:“我们(在世界各地)有4个实验室在研究这一问题,并提出了4个不同的解释。”

戴博德表示,当二氧化钛表面暴露在紫外线下时,它们会“消耗掉”表面上的任何有机化合物。这为这些表面提供了许多有用的特性;例如,即使在潮湿的浴室中,水蒸气也不会凝结在具有二氧化钛涂层的镜子上。

然而,如果将二氧化钛表面放在黑暗中太长时间,就会形成神秘的污垢。对此大多数解释认为,这涉及到某种与环境中水蒸气的化学反应,而戴博德及其同事将超级纯净的水滴应用在这些物体表面,显示单单水本身并不会导致分子薄膜的出现。

创造这种超级纯净的水滴充满挑战。此前有报道指出,水非常容易受到痕量杂质的污染,而完全纯净的水是不存在的。戴博德表示,为了尽可能获得最纯净的水,她的团队需要设计出一个专门的工具,将水推向极限——在真空中制造出未与空气接触过的最纯净水滴。

他们开发的装置中,有一个真空室,其顶部悬挂着一根冷却至摄氏零下140度的“手指”;研究人员将一股细微的纯化水蒸气样品从相邻隔室释放到真空室中,于是就在“手指”末端形成了一根小冰柱。研究人员加热冰柱,使其融化成水滴,并在蒸发之前滴落在下方的一块二氧化钛表面上。由于水在真空中蒸发速度非常快,因此这一实验充满挑战。之后的观察显示,二氧化钛表面并没有形成分子膜,从而否定了一些研究者提出的神秘分子层与水有关的推测。

“关键在于,水和二氧化钛此前都没有暴露在空气中,”戴博德说道。接下来,研究人员用显微镜和分光镜对二氧化钛进行了扫描,发现分子薄层根本不是由水或与水有关的化合物组成的。相反,乙酸(使醋呈现酸味的物质)和甲酸出现在了二氧化钛表面上。二者都是植物生长的副产物,并且在空气中仅以微量存在。不过,很显然,只要二氧化钛等自清洁表面与空气接触,那这些物质的量已经足以形成一层很薄的分子膜。

熬夜不睡觉 身体会有怎样变化 科学探索

熬夜不睡觉 身体会有怎样变化

18小时、24小时、36小时,72小时不睡觉,身体会有怎样变化?英国《每日邮报》详细报道了熬夜后大脑和身体内部产生的变化,正是这个「连锁反应」过程,导致了身体在第二天的一系列“混乱”。 18小时不睡:...
为什么说亚马逊雨林为地球的肺 科学探索

为什么说亚马逊雨林为地球的肺

亚马逊热带雨林( Amazon Rain Forest ,又译亚马孙热带雨林)位于南美洲的亚马逊盆地,占地700万平方公里。雨林横越了8个国家:巴西(占森林60%面积)、哥伦比亚、秘鲁、委内瑞拉、厄瓜...
2024年大事件预测(科学界) 科学探索

2024年大事件预测(科学界)

2024年的脚步越来越近,据媒体报道,《自然》杂志近日预测了2024年值得关注的八大科学事件,从发布更先进的人工智能模型到量产抗病蚊子,这些重大事件将塑造科学研究的未来。 1,GPT-5有望亮相 Op...