作者:甘晓 来源:中国科学报 发布时间:2021/4/30 11:01:18
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你很了解水吗?不,你不了解
香山科学会议聚焦水科学前沿

 

“多喝热水”,已经成为当代养身党牢记在心的健康箴言。对于熟悉得不能再熟悉的水,你真的了解吗?

“电鳗为什么不会把自己电成烤鳗鱼?生命如何解决36-37摄氏度实现生物合成?”4月27日,在北京举行的香山科学会议上,会议执行主席之一、中国科学院院士江雷在会议报告中提出这两个看似不相关的问题。

江雷提出,这两个问题都与生物体内的“量子限域超流”有关。揭开“电鳗自身不导电”奇异现象谜题,本质上需要把握住生命体内离子定向运输规律,又与电荷、浸润性、结构的协同作用有关。而生命体内只需要较低温度即可进行化学合成的原因,则在于离子和分子形成“共振”而降低了化学键断裂所需要的能量,“共振”则来自于量子化的超快流体状态。 与会专家认为,要在生命体内深入讨论、研究这些问题,都离不开挑战“水科学”前沿。

水是自然界唯一一种以固、液、气三态共存在物质,几乎参与地球上所有中要的过程,也是地球上最独特、最重要的物质。

会议执行主席之一、中国科学院院士杨国桢指出:“从科学的角度,对于水的认识极具挑战性,它结构复杂,常以分子团的形式存在;结构易变,缺乏刚性;结构奇异,常常呈现出明显的量子特性。存在大量悬而未决的科学问题。”

近年来,来自不同领域的中国科学家们围绕水开展了系列研究,试图从全方位了解这种“既熟悉又陌生”的物质。

例如,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心研究员叶树集团队证实了“疏水的水”存在。叶树集在此次会议上介绍,他们通过测量聚四氟乙烯与空气表面在不同环境湿度下的稳态和频光谱,发现聚四氟乙烯表面覆盖一层疏水的有序水分子层,该水层含有环状四聚体分子结构。

北京大学物理学院量子材料科学中心教授江颖团队则利用基于高阶静电力的新型qPlus扫描探针技术,实现水分子中氢原子的直接成像和定位。江颖介绍,水相关的基础科学问题仍不明确,根本原因在于缺乏对氢原子敏感的微观表征手段,而近年来发展出的新型高分辨扫描探针技术使水分子的亚分子级分辨成像成为可能。

中科院物理研究所研究员曹则贤团队则围绕水的天然存在形式“体相水”开展了研究。曹则贤指出,高浓度水溶液中的水之存在形态是具有重要实用意义的挑战性课题,其中的问题包括水溶液结构的不均匀性、特别是离子及水分子的扩散特征、固体电解质界面膜形成与结构等方向。

最后,与会专家一致认为,水的基础研究将成为人类未来所面临的核心挑战之一。当前,应引导水基础科学领域内的前沿学科交叉以及相关团队合作,形成重大科研方向的跨学科研究共同体,讨论水科学基础设施的建设和前沿技术方法的发展,实现理论和实验跨学科有机结合和互补发展,推动水前沿科技进一步发展。

 
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