Ледяная сенсация: учёные открыли 21-ю форму льда, расширяя границы материаловедения
Учёные обнаружили 21-ю форму льда, что имеет большое значение для материаловедения и понимания свойств воды.
Недавнее научное открытие, опубликованное в престижном журнале Nature Materials, проливает новый свет на одно из самых распространённых на Земле веществ – воду. Исследователи под руководством Йонг-Дже Кима и Эрла О’Баннона сумели зафиксировать существование двадцать первой формы льда. Это открытие имеет далеко идущие последствия не только для физики и химии, но и для такой бурно развивающейся области, как материаловедение.
Путешествие сквозь фазы: как вода меняет облик под давлением
Группа учёных, включающая Йонг-Дже Кима и Эрла О’Баннона из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США), совершила настоящий прорыв в исследовании воды. В своей работе, опубликованной в авторитетном журнале Nature Materials, исследователи представили доказательства существования новой, двадцать первой формы льда. Эксперимент заключался в сжатии воды при комнатной температуре до невероятного давления – около 10 тысяч атмосфер. Это позволило учёным детально наблюдать за сложными трансформациями, которые претерпевает вода, переходя из жидкого состояния в твёрдое, ледяное.
Также читайте: Разогреть Марс за 15 лет: ученые нашли способ создать искусственную атмосферу
Лёд XXI: открытие новой кристаллической фазы воды
Благодаря применению передовых методов исследования, учёным удалось увидеть, как молекулы воды под экстремальным давлением выстраиваются в совершенно новую кристаллическую структуру. Эта новая фаза, получившая название Лёд XXI, обладает уникальной тетрагональной кристаллической решёткой. Её форма напоминает прямоугольный столбик с квадратным основанием, что отличает её от других известных форм льда. Этот процесс трансформации воды в лёд не является простым: исследователи зафиксировали, что вода проходит через две промежуточные, нестабильные структуры, прежде чем перейти в Лёд XXI или другие стабильные фазы.
Современные технологии на страже научных открытий
Для детального изучения столь быстрых и сложных процессов учёные использовали целый арсенал передовых технологий. Для достижения и поддержания экстремального давления была применена динамическая алмазная наковальня – прибор, в котором два сверхпрочных алмаза сжимают крошечную каплю воды. Наблюдение за структурными изменениями льда осуществлялось с помощью рентгеновского лазера на свободных электронах. Этот мощный инструмент позволял делать «снимки» молекулярной структуры в критические моменты перестройки льда из одной фазы в другую, предоставляя беспрецедентную информацию о происходящих процессах.
Множество путей к льду: новые горизонты для материаловедения
Работа Йонг-Дже Кима и его коллег выявила, что существует как минимум пять различных путей, по которым вода может переходить в лёд и обратно. Открытие нового льда XXI, с его специфической кристаллической структурой, открывает захватывающие перспективы для материаловедения. Знания о новых, нестабильных структурных состояниях воды могут стать основой для создания инновационных материалов с уникальными свойствами. Материаловедение, находящееся на переднем крае науки и технологий, постоянно ищет новые «строительные блоки» для разработки передовых продуктов.
От первоначального наблюдения к полному признанию
Стоит отметить, что Йонг-Дже Ким впервые заметил намёки на существование этой новой фазы ещё в 2018 году, когда работал в Корейском институте стандартов и науки. Однако, только после его перехода в Ливерморскую национальную лабораторию в 2019 году и пересмотра полученных данных вместе с новым коллективом, включая Эрла О’Баннона, удалось получить убедительные доказательства и полностью идентифицировать Лёд XXI. Это подчёркивает важность сотрудничества и настойчивости в научных исследованиях.
Ранее на сайте «Пронедра» писали: Природа может восстанавливаться быстрее, чем считалось: ученые говорят о «позитивных точках перелома»
