冰相XXI震撼揭晓：水新固态惊世诞生

38 1 2025-11-09

冰的奥秘：第21种冰相“冰XXI”的发现

IT之家11月8日报道，科技媒体phys于10月10日发布博文，揭示了水的固态形式远比我们想象的复杂。韩国标准与科学研究院（KRISS）领导的国际团队宣布发现了第21种冰相，并将其命名为“冰XXI”。

在标准大气压下，我们熟悉的冰是唯一的固态水，只有在0°C以下才会结冰。KRISS主导的国际科研团队颠覆了这一认知，证明除了温度，极端压力也是改变水分子结构、使其结晶成冰的关键因素。

实际上，通过调整温度和压力，科学家可以迫使水分子以不同的方式堆叠，形成结构各异的晶体，这些不同的固态结构被称为“冰相”。在过去一个世纪里，科学界已经识别出至少20种不同的冰相。“冰XXI”的发现，使这个独特的“家族”成员数量增加到了21个，进一步揭示了水这种地球上最常见物质的复杂与神奇。

创造“冰XXI”的关键在于一项名为“动态金刚石压砧（dDAC）”的尖端技术。与传统设备缓慢加压的方式不同，dDAC能在短短10毫秒内，对水样品施加高达2吉帕（GPa）的巨大压力，这相当于近2万倍的地球表面大气压。

这种快速而精确的压缩方式，避免了在加压过程中出现不必要的结晶，从而迫使水分子形成了一种前所未见的、结构更复杂的晶体形态，也就是“冰XXI”。为了捕捉这一瞬息万变的过程，团队使用了欧洲XFEL的超快X射线脉冲，其功能类似于一架能以每秒百万帧速度拍摄的超级摄像机。

在仅10毫秒的加压和1秒的减压循环中，X射线激光以微秒级的间隔记录下水分子的结构变化，清晰地制作出冰XXI形成的“分子电影”。后续在PETRA III光束线上的实验则精确测定了其晶体结构。

分析结果显示，冰XXI具有一种独特的四方晶体结构，其重复单元（即晶胞）异常巨大，这与所有已知的冰相都截然不同。研究人员指出，液态水在超高压下结晶成何种结构，取决于其被“过压缩”的程度。这一发现表明，水的结晶路径比之前预想的要复杂得多，可能存在更多未知的高温亚稳态冰相。