Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре

29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников.

Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с исключительной детализацией.

Для наблюдения за процессом формирования кристаллов использовались сверхбыстрые рентгеновские импульсы европейского XFEL, продолжительность которых составляет всего миллионную долю секунды. Благодаря этому ученым удалось создать своеобразные "видеоролики" роста льда и проследить, как вода при замерзании не всегда переходит напрямую из жидкого состояния в твердое. Иногда она образует редкую фазу - лед VI, а иногда проходит через промежуточные метастабильные состояния, одно из которых оказалось ранее неизвестным.

Новая фаза получила название лед XXI. Его плотность составляет около 1,413 г/см?, соответствуя давлению примерно 1,6 гигапаскаля. После формирования лед XXI не возвращается в предыдущую фазу, а постепенно переходит к более стабильным формам - льду VII и VI. Такое одностороннее превращение делает лед XXI метастабильным: он сохраняется некоторое время, несмотря на наличие более устойчивой структуры.

Чтобы понять механизмы на атомном уровне, ученые совместили эксперименты с моделированием молекулярной динамики, используя две компьютерные модели воды. При увеличении давления до 2 гигапаскалей внутренние структуры жидкости постепенно перестраиваются: молекулы переходят от конфигурации, характерной для льда VI, к структуре, присущей льду VII. Это помогает объяснить, почему вода способна формировать различные твердые фазы.

Процесс замерзания, как выяснилось, не является мгновенным. Вода проходит через промежуточные состояния, где молекулы частично упорядочены, прежде чем полностью сформировать кристалл. Важным фактором оказывается время - точный баланс между скоростью образования кристаллов и передачей энергии в жидкости. Для фиксации этих событий потребовались передовые рентгеновские технологии и эксперименты на установке PETRA III в DESY, которые подтвердили существование льда XXI и его необычно крупные повторяющиеся структурные элементы.

При медленном сжатии вода формирует обычные стабильные формы льда VI или VII, но при быстром сжатии она становится "сверхсжатой", временно сопротивляется замерзанию и образует экзотические структуры. Ученые считают, что аналогичные процессы могут происходить в недрах холодных лун, таких как Титан и Ганимед, где давление и температура достаточно высоки для появления необычных фаз льда.

<< Назад: Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

>> Вперед: Тихий сверхзвуковой самолет NASA X-59 29.10.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Тихий сверхзвуковой самолет NASA X-59 29.10.2025

Сверхзвуковая авиация всегда была мечтой инженеров и пассажиров: возможность пересекать континенты за считанные часы казалась пределом прогресса. Однако шумные ударные волны и технические сложности превратили эту мечту в дорогостоящую редкость. NASA вместе с Lockheed Martin делает шаг к новой эре сверхзвуковых полетов - тихому самолету X-59, способному преодолевать звук без разрушительного грохота. В 1960-е годы сверхзвуковые пассажирские самолеты рассматривались как будущее авиации. Правительства вкладывали миллиарды долларов, сопоставимые с бюджетами космических программ, в технологическую гонку, сопоставимую по масштабу с высадкой человека на Луну. В реальности регулярные перевозки осуществлялись всего на 12 "Конкордах" и двух советских Ту-144, которые были вскоре сняты с эксплуатации из-за проблем с безопасностью и высокой стоимостью эксплуатации. Одной из главных преград для развития сверхзвуковых пассажирских самолетов стал звуковой удар - мощная ударная волна, формирующаяс ...>>

Физическая активность ускоряет обмен веществ 28.10.2025

Физические упражнения давно считаются ключом к поддержанию здоровья и контроля веса, но до недавнего времени ученые спорили о том, насколько организм увеличивает расход энергии во время тренировок. Новое исследование показало: движение действительно заставляет тело сжигать больше калорий, не экономя энергию на других жизненно важных функциях. К такому выводу пришли специалисты Технологического университета Виргинии (Virginia Tech) совместно с коллегами из университетов Абердина (Великобритания) и Шэньчжэня (Китай). Они изучили, как физическая нагрузка влияет на общий "энергетический бюджет" организма, включая затраты на дыхание, циркуляцию крови, терморегуляцию и другие базовые процессы. До этого существовали две гипотезы: либо организм перераспределяет фиксированный объем энергии, "забирая" ее у других функций ради движения, либо общий расход калорий увеличивается за счет дополнительной физической активности. Результаты исследования однозначно показали, что организм не экономит ...>>

Случайная новость из Архива Энергия из эфира 28.08.2011 Собирая рассеянную энергию радиоизлучения, можно дать питание многочисленным датчикам. Эфир на нашей планете заполнен радиоизлучением различных частот. Это и естественный фон, создаваемый колебаниями ионосферы или ударами молнии, и результаты деятельности человека - волны радио-, телевещания, от сотовых телефонов и беспроводных сетей. Судя по всему, с течением времени мощность выбрасываемой в эфир энергии будет только расти. Ученые и инженеры из Технологического института Джорджии во главе с профессором Маносом Тенцерисом с 2006 года пытаются создать антенну, которая смогла бы собрать достаточно энергии, чтобы обеспечить питание автономных датчиков. Поначалу они печатали микросхемы этих устройств на бумаге, заправив принтер чернилами с наночастицами серебра. Такие антенны потребляли ультракороткие волны телевещания с частотой 100-200 МГц и давали энергию в сотню микроватт. Теперь исследователи перешли на пластик и чернила с углеродными нанотрубками; верхняя граница диапазона возросла до 15 ГГц (в перспективе - до 60 ГГц), и счет собранной энергии пошел на милливатты. Накопив же ее в суперконденсаторе и питая датчики время от времени, можно поднять их мощность и до десятков милливатт. Это позволит совершить революцию в области микродатчиков. Если можно собирать рассеянную энергию, то микродатчиками удастся оснащать все что угодно. Это элементы конструкций, чтобы следить за возникающими напряжениями, пациента - для постоянного наблюдения, дом - для контроля температуры и влажности, еду - чтобы успеть ее съесть до того, как испортится, аэропорты - для поиска взрывчатки, благо там уровень излучения еще выше из-за всевозможных радаров. Датчики будут совершенно автономными и очень дешевыми.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025