研究:创造世界上最干净的水滴!

文章作者:bianji3 | 2018-08-28

      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。

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