Каждый день появляются доказательства того, что мы ничего не знаем о планете, на которой живем. Например, американские физики обнаружили удивительное свойство такого привычного всем явления, как лед.
Ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США провели уникальное исследование, раскрывающее тайны предварительного плавления льда даже при температурах значительно ниже нуля.
Это открытие проливает свет на сложные процессы фазовых переходов воды и обладает потенциальным применением в разработке более эффективных батарей и не только.
Явление, названное предварительным таянием, влияет на поведение льда даже при очень низких температурах. В рамках исследования в Аргоннской национальной лаборатории использовались инструменты визуализации, что позволило ученым обнаружить предварительное плавление при ранее считавшихся невозможными температурах.
Это объясняет, почему лед может быть скользким даже в холодную погоду. Несмотря на то, что поверхность замерзает, часть ее остается влажной из-за предварительно расплавленного слоя. Именно такая концепция была предложена Майклом Фарадеем еще в 1800-х годах, но тогда его идея не была проверена экспериментами. Исследование, подтвердившее правоту великого ученого, представляет интерес не только в контексте понимания физических свойств воды, но и в плане практического применения – зимние шины, подошвы обуви и прочее.
Исследователи пытались воспроизвести суперионный лед уже давно, теоретически его существование было предусмотрено более 30 лет назад, но подтвердить его без современных приборов было невозможно.
Использование низких доз электронов в ПЭМ позволяет захватывать изображения хрупких объектов, таких как кристаллы льда, с высоким разрешением, минимизируя при этом их повреждение. Этот метод может стать ключевым инструментом для изучения других чувствительных материалов, например в области разработки более эффективных батарей.
Исследование открывает множество вопросов о природе предварительного плавления льда. Специалисты Аргонны планируют дальнейшие исследования, которые помогут расширить понимание фазовых переходов воды и создать новые возможности в области материаловедения и технологий.
А команда ученого-космолога Батиста Журно из Вашингтонского университета выяснила, что добавление соли в воду с последующей заморозкой приводит к образованию нового вида льда с молекулярной кристаллической решеткой, состоящей из двух молекул воды и одной молекулы соли. Эксперименты с высоким давлением и вовсе жали неожиданный результат.
Ученые подвергли каплю соленой воды замораживанию при -123°С и давлении, превышающем земное в 25 000 раз.
К их удивлению, образовавшиеся кристаллы начали быстро расти. Кроме того, изменилась конфигурация молекулярных кристаллических решеток соленого льда. В одном случае на каждую молекулу соли приходилось 13 молекул воды, а в другом – целых 17.
Это отличается от того льда, который можно увидеть на Земле, но очень похоже на лед, наблюдаемый на спутниках Юпитера Европе и Ганимеде, а также на спутнике Сатурна Энцелади.
Так что открытие не только позволило изменить представление ученых о процессе формирования кристаллов льда, но и дает почву для изучения ледников в космосе.
Тайны, открытия, технологии – всё это на канале 🍷🍇 "Вино и Виноград".