咱们国家在基础科学上又有了大突破，刚刚有消息传来，中国科学家在室温环境下，用新的技术手段直接观察到了纳米受限水的液固相变。这次研究是北京大学物理学院量子材料科学中心的江颖教授、边珂研究员和王恩哥院士牵头搞的。他们还邀请了北京怀柔轻元素量子材料交叉平台的几位专家，一起和香港城市大学的曾晓成教授合作，搞出了个大成果。这个成果的论文已经登上了国际顶尖杂志《自然-材料学》。 大家都知道水很常见也很重要，可是当水被限制在非常狭窄的纳米尺度空间里时——比如生物细胞的离子通道里，或者是新型纳米材料里——它的性质就会变得很奇怪，冰点会变低，流动性能也会有很大不同。这个现象其实对很多高科技领域都有影响，比如能源、环境还有材料工程。以前科学界对这种现象的理解主要靠理论计算或者间接推测，没办法直接看到水在这么小的空间里是怎么排列和运动的。 为了突破这个难题，江颖教授他们花了很长时间攻关。他们把扫描探针显微技术和量子传感技术结合起来，自主研发出了一套“扫描量子传感显微系统”。这个系统就像一台原子级别的“磁共振成像仪”，空间分辨率特别高，能让我们直接看到纳米空腔里的水分子是怎么变化的。 有了这个工具后，他们就在室温条件下做实验。结果发现，当空间尺寸缩小到1.6纳米以下时，水分子的扩散运动就会受到抑制；再缩小到1纳米左右的时候，就算室温也会让水失去流动性，变成有序的晶体结构。这个发现直接证明了水在极端条件下可以在远高于零度的温度下“冻结”。 这一发现不仅解答了之前关于纳米受限水的很多疑问，还解释了纳米流体实验中出现的低摩擦甚至“超润滑”现象。因为水在受限条件下变成了“类固体”或者有序固态结构，减少了流动过程中的能量损失。 这个成果展示了我国在高端科学仪器研发方面的实力，也说明我们在基础科学研究方面一直在努力向前。这个技术以后可能会用在很多地方：比如新型催化剂、海水淡化膜、芯片散热还有生物通道设计等等。它把我们对水的理解推向了更深的层次，也为未来的技术发展提供了新的思路和方向。这再次证明了打好基础研究的根基有多重要！