科学家 我国科学家们创造出了超级柔韧的冰,冰丝还能打造成光纤


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如上图所示:冰可以弯曲得很厉害 , 几乎可以形成一个圆圈 。
奇怪的冰束弯曲成一个圈 , 然后迅速恢复原状 。

最近 , 我国浙江大学光电学院童利民教授团队 , 在这个炎热酷暑的夏季研制出了一种将坚硬的冰变成柔韧的冰并造出纤维 。 冰又硬又脆 , 如果你把它弯曲 , 它就会折断成两半 。 对吧?不完全是 。
童利民教授的研究团队
根据一项新研究 , 研究人员刚刚发现 , 当冰长成细小的丝状时 , 它可以打破其易碎的名声 , 变得非常有弹性 , 甚至可以弯曲成一个圈 。
冰微纤维的晶体结构表征
这些冰微纤维是如此的弯曲 , 以至于它们接近冰弹性的理论极限 。 也许更冷的是 , 培育这种可弯曲冰的科学家们认为 , 它们微小的冰链可能会带来更好地理解冰在自然状态下的雪崩现象 , 以及更有效的光传输技术 。
冰微纤维在急剧弯曲下的相变过程表征
理论上 , 现实世界中的冰可能和研究人员研究出来的冰一样易弯曲 , 但像裂缝和晶体错位这样的缺陷使自然形成的冰更加脆弱 。

如上图所示:冰可以弯曲得很厉害 , 几乎可以形成一个圆圈 。
水冰的最大弹性应变约为15% , 也就是它在恢复原来形状之前 , 可以被拉伸或弯曲的尺寸百分比 。 这意味着从理论上讲 , 冰可以被拉伸到原来长度的15% , 但仍然可以弹回来 。 然而 , 此前记录的最高弹性应变仅为0.3%左右 。 通过制造尽可能少的结构缺陷的冰 , 研究人员制造了弹性应变最大为10.9%的冰微纤维 。
冰微纤维的光学特性表征
为了制造出超柔韧的冰 , 该团队将水蒸气泵入一个超冷室 , 被冷却到-50℃左右 。 因为水分子有正电荷一侧的氢原子是和一个负电荷的氧原子 , 然后被带电的钨针所吸引 。 它们结晶 , 形成只有几微米宽的纤维 , 比人类头发的宽度还要小 。

如上图所示:冰纤维在超冷钨针上结晶 。
由于它们的微小尺寸和快速形成 , 这些纤维包含很少的缺陷 。 在将纤维进一步冷却至-70℃~-150℃后 , 研究小组测量了纤维的弹性应变 。 他们发现 , 这些纤维比之前测量过的任何一种冰都更有弹性 。

冰微纤维的弹性性能表征
这些纤维可以弯曲成部分圆形 , 在被释放后全都弹回原来的形状 。 研究小组表示:虽然许多研究已经在实验室中培育出了类似的冰须 , 但之前的研究更多地关注晶体生长的方式和它们的形状 , 而不是它们卓越的机械性能 。
将冰丝制作成光纤
通过研究冰链的结构 , 研究小组发现 , 当受到压力时 , 纤维的某些部分呈现出不同的、密度更大的形式 。 应力可能导致冰链转变形状 , 成为更持久的晶体结构 。
冰纤维的生长过程示意图和形貌表征
这一观察结果得出结论:如果随后对它们的可弯曲冰进行更多的实验 , 那么可能给研究人员提供一种新的方法来研究被置于压力下的冰 。 无论是在冰川、彗星上 , 还是在飞机上或风力涡轮机上 。
制备冰微纤维的实验装置示意图
【科学家|我国科学家们创造出了超级柔韧的冰,冰丝还能打造成光纤】研究人员还指出 , 他们的冰链是非常透明的 , 所以他们附加一个小手电筒在每个链的末端 。 通过纤维和见光传播很容易 , 因为它是通过先进的波导 , 在光传输设备用作管道 。 低温要求使冰纤维难以用于大多数设备 , 但它们仍有可能用于一些低于冰点的设备 , 如非常精确的低温光传感器 。

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