研究水分子行为的新方案：有望带来新一代电子器件！

导读

最近，美国能源部橡树岭国家实验室领导的科研团队开发出一种研究水粘度的新方案，揭示了对于水分子行为的新认知，也为实现基于液体的电子器件开辟了一条新途径。

背景

粘度是物质的一种物理化学性质，定义为一对平行板，面积为A，相距dr，板间充以某液体；今对上板施加一推力F，使其产生速度变化所需的力。由于粘度的作用，使物体在流体中运动时受到摩擦阻力和压差阻力，造成机械能的损耗。举个形象的例子，蜂蜜比纯水的粘度要高很多。

（图片来源：维基百科）

创新

最近，美国能源部橡树岭国家实验室领导的科研团队开发出一种研究水粘度的新方案，揭示了对于水分子行为的新认知，也为实现基于液体的电子器件开辟了一条新途径。

（图片来源：Jason Richards / 美国能源部橡树岭国家实验室）

技术

团队使用高分辨率非弹性X光散射技术测量强键。它包含一个如同三明治一般夹在两个氧原子之间的氢原子。这种氢键是一种量子力学现象，也是造成水的各种特性的原因。这些特性中包括：粘性，它决定了液体的流动或者形状改变时受到的阻力。

水是地球上最丰富的物质，然而它在分子水平的行为，并没有被很好地理解。

美国橡树岭国家实验室和田纳西大学（ORNL-UT ）的合作项目：中子科学联合研究所 Shull Wollan 中心的科学家/教授 Takeshi Egam 表示，尽管我们对于水的了解很多，但它仍然是一种特殊的神秘物质，我们需要更好地理解它，挖掘其巨大潜能。以前的研究提供了关于水的原子结构的快照，但是对于水分子如何移动仍然了解得很少。

Egami 表示，随着分子随着空间和时间运动，氢键对于分子之间的动态关联起到了一种强烈作用，但到目前为止，大多数通过激光光谱学获取的数据，输出广泛或者“模糊”的结果，特性含糊不清。

为了获取更清晰的照片，ORNL-UL 联合团队使用了一种高级X光技术，也称为非弹性X光散射，判断分子的运动。他们发现，水分子之间氧到氧的键合的动力学，让人感到非常惊讶，它并不是随机的，而是高度协调的。当水分子之间的键是混乱的时候，强氢键在一段时间内，可用于维持环境稳定。

（图片来源：参考资料【2】）

价值

Egami 表示，他们发现，分子用于改变其“相邻”分子所花的时间量，决定了水的粘度。这种新发现将激励未来的研究在控制其他液体粘度方面发挥作用。

Egami 将目前的研究视为通往更高级研究的一个跳板，而更高级的研究将会利用ORNL 散变中子源的中子散射技术，进一步判断粘度的起源以及液体的其他动力学特性。

该研究方案可以用于描述离子、盐水、液体以及其他液体物质的分子行为和离子粘度，同时也将对开发具有液体电解质绝缘层、更好的电池以及润滑剂的新型半导体器件起到帮助。

关键字

参考资料

【1】https://www.ornl.gov/news/new-study-visualizes-motion-water-molecules-promises-new-wave-electronic-devices

【2】http://advances.sciencemag.org/content/3/12/e1603079.full

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