看了這個(gè)題目，你一定迫不及待想反駁我了。確實(shí)，我們在日常生活中從未見過能彎曲的冰。冰硬而脆，大塊的冰難以變形，薄層的冰極易碎裂，冰怎么能彎曲呢?可是，真的有一群科學(xué)家造出了能彎曲的冰。
據(jù)說他們的靈感來源于光纖。光纖是一種由玻璃或塑料制成的纖維，它的纖細(xì)程度與頭發(fā)相當(dāng)，有些種類的光纖直徑甚至不到頭發(fā)的十分之一?？梢韵胂?，如此纖細(xì)的光纖是多么易斷，它是如何制成的呢?光纖是玻璃或塑料被拉到極細(xì)得來的，在約2000℃的高溫中軟化玻璃棒或塑料棒，將之拉制成極細(xì)的絲狀物，同時(shí)在絲狀物外增加一層高分子材料涂層，以便增強(qiáng)其柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度。
來自中國浙江大學(xué)、美國加州大學(xué)伯克利分校等幾個(gè)高校的科學(xué)家想，能不能像這樣，將冰也“拉制”成極細(xì)的纖維呢?當(dāng)然，冰在零度以上就會逐漸融化，根本無法拉絲，于是他們決定反向操作，讓冰自己“長”成細(xì)絲。
為此，研究團(tuán)隊(duì)借助了一根鎢針的幫助。這根鎢針被放置在冷卻到-50℃的腔室中，這能減少冰絲不規(guī)則生長的可能性，從而得到更細(xì)、粗細(xì)更均勻的冰絲。鎢針上被施加了2千伏的電壓，這一電壓將吸引腔室中的水分子向鎢針聚集并結(jié)冰。同時(shí)，由于電場的存在，水分子向針尖的擴(kuò)散速度更快，冰絲的生長更迅速：在實(shí)驗(yàn)中，400微米長的冰絲在2秒內(nèi)就可長成。
運(yùn)用這一方法，研究團(tuán)隊(duì)得到了多根粗細(xì)不一的單晶冰微纖維，其直徑在800納米～10微米之間，這一直徑范圍比大多數(shù)光纖還要小得多。冰纖維的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度比之光纖也毫不遜色：在-70℃的條件下，研究人員將其中一根直徑4.7微米的冰微纖維彎曲了大約180°。這根冰纖維不僅沒有折斷，而且在撤掉外力之后能迅速回彈，完全恢復(fù)了之前筆直的形態(tài)。
不僅如此，當(dāng)溫度進(jìn)一步降低時(shí)，冰微纖維可以進(jìn)一步彎曲而維持不斷裂。在-150℃時(shí)，研究人員將一根直徑4.4微米的冰微纖維彎曲成圓弧狀，這已經(jīng)接近理論上冰的彈性極限了。在撤去外力后，這根纖維同樣完全回彈到原本的形態(tài)。
冰纖維之所以具有與天然形成的冰迥異的柔韌性，研究人員認(rèn)為，這是因?yàn)槠浣M成分子十分純粹且“有秩序”。水分子在電場的驅(qū)動(dòng)下，有序地排列凍結(jié)成冰纖維，使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾乎不存在缺陷，表面也十分光滑。這些優(yōu)良性質(zhì)賦予了冰纖維特殊的物理性質(zhì)，比如超強(qiáng)的柔韌性。
而這種形似光纖的纖細(xì)、透明、純凈的纖維，是否也和光纖一樣能傳導(dǎo)光呢?答案是肯定的。研究人員向冰纖維的一端輸入可見光，并測量了光在冰纖維中傳導(dǎo)時(shí)沿途的散射光強(qiáng)度。結(jié)果顯示，這一高純的“光纖”的光損耗率非常低，與目前用于芯片中最先進(jìn)的波導(dǎo)管的損耗率相當(dāng)，而制造工藝則比之要簡單得多。
不過，冰纖維也有其缺點(diǎn)——它難以在溫度高的地方工作，甚至室溫也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。但是，研究人員樂觀地想，這種神奇的冰纖維未來必將會有用武之地，例如在低溫條件下進(jìn)行低損耗的光傳導(dǎo)，或者用于制造低溫光學(xué)傳感器?？茖W(xué)家們可以利用這些傳感器來研究冰的分子吸附、冰表面形變和結(jié)構(gòu)變異性等。
聯(lián)系客服
