相信大家都对水不陌生,每天都和水进行接触,但是水也是人类最不了解的物质之一,水的结构到底是什么样的?这个问题被《科学》杂志列为本世纪125个最具挑战性的科学问题之一,但是是如今这个问题已经有答案了,我国的科学家给了这个问题一个答案,让人类看到了水的微观结构。
高中化学课上,我们知道了水的化学结构,H2O,其中体积最小的原子H原子是最难观测的原子,大家想要观测到离子水合物的微观结构,但是都一直没有成功,在上世纪就有科学家在研究这方面的问题,直到我们的青年科学家江颖的实验成功之后,才让所有人看清楚了水分子中氢原子的位置,我们看到了自然界原子的极限。
因为这个问题一直没有人能解答,江颖认为自己应该在自己的领域进一步研究,要去看看水的微观结构,他和团队定下这个研究课题之后,就经过了一番研究,实验设计也是另辟蹊径,在金属和水分子中间插入绝缘的氯化钠薄膜,牢牢的抓住单个水分子。在美国做博士后研究时,扫描探针显微术是江颖主要的研究手段之一。通过探测电流,扫描探针显微镜能够对物质表面的形貌进行表征,分辨率可达到原子级别。在2013年,他们就在实验室首次观测并拍摄到了单个水分子的内部结构,这些在氯化钠表面的水分子引起了全世界的热烈反响。
实验取得一定进展之后,他们将研究放到了离子水合物上面,研发了一种非侵扰式原子力显微镜成像技术,在2018年,江颖团队成功得到了钠离子水合物的原子层次图像,这是人类首次获得水分子团簇和水合离子的原子级分辨图像,刷新了人类对水的传统认知。
在氯化钠的表面,水分子以什么样的形态存在,是“躺”着还是“站立”着?对此,学界存在争议,有理论模拟认为,水分子是“躺”在氯化钠表面的。而江颖团队的观测结果表明,水分子是“站立”在氯化钠表面上的。
他的研究看似解开了一个百年之谜,从更深层次来说,开辟了一个新的研究领域,我们可以从微观层面了解更多的物质特性,将我们的科学推向更高的标准。
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