水三明治的量子去稳定化—经典物理定律破裂

时间:2019-11-04 13:52 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

  

水三明治的量子去稳定化—经典物理定律破裂

 

  以分子分辨率测量疏水表面之间的力可精确指出水氢原子的量子性质对疏水相互作用的贡献。信用:2019年KAUST; 泽维尔·皮塔

  当在两个疏水性表面之间挤压出一层薄薄的水时,经典物理定律就破裂了。

  从在荷叶的蜡质表面上滚落的雨滴,到有效的脱盐膜,水分子与憎水的“疏水”表面之间的相互作用无处不在。KAUST研究人员表明,当薄的水层夹在两个疏水表面之间时,相互作用会变得更加有趣。

  在1980年代初期,研究人员首次注意到当两个疏水性表面在水中缓慢聚集在一起时产生了意想不到的效果。“在某个时刻,两个表面突然跳动接触,就像两个磁铁放在一起一样,” KAUST的水淡化和再利用中心的Himanshu Mishra说。Mishra的实验室研究了各种长度的水,从减少农业用水量到单个水分子的特性。

  

水三明治的量子去稳定化—经典物理定律破裂

 

  佛陀Shreshtha装载了一个硅石圆盘,其超光滑表面被含10个碳原子的全氟化碳封端。

  研究人员无法在分子水平上解释这一现象,因此,2016年,米什拉(Mishra)组织了一次关于该主题的KAUST会议。他说:“我们召集了该领域的领导者-实验家和理论家-引发了对疏水性表面力理解的激烈辩论。”

  挑战的一部分是疏水相互作用是水独有的。“通过其他液体获得见解或在水中添加助溶剂是不可行的:相互作用被大大减少或消失了,”米什拉实验室的博士后研究员佛陀·斯特雷斯塔(Buddha Shrestha)解释说。

  

水三明治的量子去稳定化—经典物理定律破裂

 

  表面力设备允许表面以超低速接近或缩回牢固固定的第二表面。粘附力是通过接触时分离表面来测量的。插图描绘了水-全氟化碳界面。

  受会议启发,米什拉提出了将普通水与“重水”进行比较的想法,在重水中,氢原子被称为氘的重氢同位素代替。

  “我们的表面力测量表明,H 2 O 的吸引力总是比D 2 O 的吸引力高出大约10%,”博士Sreekiran Pillai说。米什拉实验室的学生。与加州大学圣地亚哥分校的Tod Pascal合作,该小组提出了一个解释。

  

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  这种表面力装置利用光干涉来以0.1纳米的精度解决超光滑表面之间的距离。

  一个物体越小,它受古典物理学定律的约束就越不严格,并且受到量子效应的影响就越大。微小的氢原子是一个量子物体,有时表现得像粒子,有时更像波。氘的重量是氢的两倍,受量子效应的影响较小。结果是,当D 2 O 挤压在两个疏水性表面之间时,其不稳定程度低于H 2 O,并且水分子之间的氢键断裂。

  米什拉说,这一发现可能具有实际意义。“例如,这些发现可能有助于开发用于分子分离的纳米流体平台。”

  

水三明治的量子去稳定化—经典物理定律破裂

 

  如希曼舒·米斯拉(Himanshu Mishra)观察,佛陀Shreshtha(左)和Sreekiran Pillai(右)微调了表面力装置的光学特性。

  马克斯·普朗克聚合物研究所所长Mischa Bonn教授解释说:“这项令人印象深刻的工作表明,水中的量子核效应如何在纳米尺度上变得十分重要。” “结果表明,关于水的基本知识还有很多,但是与用于水净化和脱盐的纳米孔中的纳米级受限水有直接关系。”

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