據(jù)《新科學家》雜志網(wǎng)站近日報道，日本科學家通過計算機模擬，發(fā)現(xiàn)了300多種全新冰結(jié)構(gòu)，多孔超輕類似氣凝膠，其空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿氣體分子，而外表呈固體狀，并發(fā)現(xiàn)迄今密度最小(即最輕)的固體水結(jié)構(gòu)，研究這些新結(jié)構(gòu)有助于揭開水分子在低溫低壓等極端環(huán)境下的性質(zhì)。
人們一般認為，冰塊是由水冷卻而成的固態(tài)晶體，晶格呈六角形結(jié)構(gòu)。但其實，并非所有的冰都是這種六角形結(jié)構(gòu)，科學家們已經(jīng)從實驗上驗證了17種冰結(jié)構(gòu)的存在，這些不同于常規(guī)冰的結(jié)構(gòu)一般存在于外行星或外行星大氣層中。
水分子在比大氣壓更高的壓力下被壓縮時，其形成的冰塊會比常規(guī)冰的密度更大;而當氣壓極低時，水分子會變成類似棉花糖、充滿氣體、密度更低的晶體結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)兩種低密度冰結(jié)構(gòu)：密度為常規(guī)冰80%的太空富勒烯狀冰塊，以及結(jié)構(gòu)像沸石礦的沸石冰，其內(nèi)的水分子模塊就像樂高積木塔一樣，密度為常規(guī)冰的50%到90%。
發(fā)表在最新一期《化學物理學雜志》上的研究論文稱，日本岡山大學科學家松本正和(音譯)及其同事利用一種類似分子積木游戲的計算機模型，發(fā)現(xiàn)了第18種可能存在的冰結(jié)構(gòu)。他們以沸石冰為基礎(chǔ)，像玩積木一樣，將沸石冰中的某些結(jié)構(gòu)移走，換成其他的結(jié)構(gòu)模塊，從而讓其越變越輕。最終他們模擬出300多種密度更小的納米冰結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)在低壓和接近絕對零度(-273.15℃)條件下能保持穩(wěn)定。
松本表示，他們通過模擬分子積木，已經(jīng)搭建出迄今密度最小的氣凝膠樣冰結(jié)構(gòu)，由于這種結(jié)構(gòu)只能在低溫低壓等極端條件下穩(wěn)定存在，要在現(xiàn)實世界合成極為困難。他說：“不過，我們的研究為低密度冰塊描繪了一幅藍圖，下一步就是如何在實驗室合成出這些驚人的結(jié)構(gòu)，揭示水分子在外太空的性質(zhì)之謎。”
