研究水分子行為的新方案：有望帶來新一代電子器件！

導讀

最近，美國能源部橡樹嶺國家實驗室領導的科研團隊開發出一種研究水粘度的新方案，揭示了對於水分子行為的新認知，也為實現基於液體的電子器件開闢了一條新途徑。

背景

粘度是物質的一種物理化學性質，定義為一對平行板，面積為A，相距dr，板間充以某液體；今對上板施加一推力F，使其產生速度變化所需的力。由於粘度的作用，使物體在流體中運動時受到摩擦阻力和壓差阻力，造成機械能的損耗。舉個形象的例子，蜂蜜比純水的粘度要高很多。

（圖片來源：維基百科）

創新

最近，美國能源部橡樹嶺國家實驗室領導的科研團隊開發出一種研究水粘度的新方案，揭示了對於水分子行為的新認知，也為實現基於液體的電子器件開闢了一條新途徑。

（圖片來源：Jason Richards / 美國能源部橡樹嶺國家實驗室）

技術

團隊使用高解析度非彈性X光散射技術測量強鍵。它包含一個如同三明治一般夾在兩個氧原子之間的氫原子。這種氫鍵是一種量子力學現象，也是造成水的各種特性的原因。這些特性中包括：粘性，它決定了液體的流動或者形狀改變時受到的阻力。

水是地球上最豐富的物質，然而它在分子水平的行為，並沒有被很好地理解。

美國橡樹嶺國家實驗室和田納西大學（ORNL-UT ）的合作項目：中子科學聯合研究所 Shull Wollan 中心的科學家/教授 Takeshi Egam 表示，儘管我們對於水的了解很多，但它仍然是一種特殊的神秘物質，我們需要更好地理解它，挖掘其巨大潛能。以前的研究提供了關於水的原子結構的快照，但是對於水分子如何移動仍然了解得很少。

Egami 表示，隨著分子隨著空間和時間運動，氫鍵對於分子之間的動態關聯起到了一種強烈作用，但到目前為止，大多數通過激光光譜學獲取的數據，輸出廣泛或者「模糊」的結果，特性含糊不清。

為了獲取更清晰的照片，ORNL-UL

聯合團隊使用了一種高級X光技術，也稱為非彈性X光散射，判斷分子的運動。他們發現，水分子之間氧到氧的鍵合的動力學，讓人感到非常驚訝，它並不是隨機的，而是高度協調的。當水分子之間的鍵是混亂的時候，強氫鍵在一段時間內，可用於維持環境穩定。

（圖片來源：參考資料【2】）

價值

Egami 表示，他們發現，分子用於改變其「相鄰」分子所花的時間量，決定了水的粘度。這種新發現將激勵未來的研究在控制其他液體粘度方面發揮作用。

Egami 將目前的研究視為通往更高級研究的一個跳板，而更高級的研究將會利用ORNL 散變中子源的中子散射技術，進一步判斷粘度的起源以及液體的其他動力學特性。

該研究方案可以用於描述離子、鹽水、液體以及其他液體物質的分子行為和離子粘度，同時也將對開發具有液體電解質絕緣層、更好的電池以及潤滑劑的新型半導體器件起到幫助。

關鍵字

半導體、水、X光

參考資料

【1】https://www.ornl.gov/news/new-study-visualizes-motion-water-molecules-promises-new-wave-electronic-devices

【2】http://advances.sciencemag.org/content/3/12/e1603079.full

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