聆听院士讲座,感受大师魅力——沈元壤院士《神奇的水和冰》讲座圆满成功

  • 文:刘泽鹏 图:韦学锋
  • 日期:2018-06-14
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        2018年6月7日晚上6:30,中国科学院外籍院士、美国国家科学院院士、美国加州大学伯克利分校教授、中国科学院大学物理科学学院客座教授沈元壤院士在雁栖湖校区教1-107教室,为我院师生带来一场题为《Mysteries of Water and Ice》的精彩学术报告。二百余名师生聆听了报告。

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        沈院士的报告从水的重要性讲起,水在自然界的循环调节了地球各圈层之间的能量,对冷暖气候变化起到了重要作用,塑造了丰富多彩的地表形象。更重要的是,通过水循环,海洋不断向陆地输送淡水,补充和更新陆地上的淡水资源,从而使水成为了可再生的资源。

        水与人类的生活息息相关,可对于水的特性知之甚少,研究进展依旧缓慢。为了引起同学们对水的兴趣,沈院士介绍了水的许多特殊且有趣的性质。与其它液体相比,水有高密度(较其固相),高表面张力的特点;沈院士还提到热水比冷水结冰更快的Mpemba Effect,该效应早在公元前该效应就为人所知,但具体的定量理解和微观机制仍存在不少争议和谜团,这也是有关水的研究的一个缩影:定性的现象随处可见,定量的解释举步维艰。

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        冰,同样也有很多奇妙性质,比如Frost of Heaves现象(土中的水结冰膨胀导致土层形貌改变)。沈院士讲述了冰面上容易滑倒的原因:冰上面存在水,具体解释有两种,一种说法是人在冰面上行走时,人会对冰产生压力,产生的压力会使脚下的冰发生稍微的融化,在脚下产生薄薄的水层,从而使冰更滑。但代入数值估算发现该解释明显不能让人信服;另一种说法则是Sintering效应,即与单纯的冰-气界面模型相比,这种模型认为冰面上存在一层水,水与冰形成的界面可以降低这个体系的自由能,从而使体系更稳定。

        水是重要的“战略”资源,沈院士幽默的说道:“第一世、第二世界石油最宝贵,第三世界水最宝贵。”了解水的秘密可以让世界更加美好,也只有了解了水的秘密才能更加充分的应用水。沈院士介绍了人造叶子,这项技术可以让光分解水来产生氢气,解决当下能源紧缺的问题;水的净化处理技术,包括对污染物探测、过滤膜的设计,可以让污水变成清洁干净的饮用水。这些技术目前都存在着许多不足之处,都需要多学科合作。微观结构方面,实验探测手段的匮乏,理论理解不足导致不能完全研究透彻体相水的结构,更复杂的界面上的水的结构更是知之甚少。

        最后,沈院士殷切希望同学们能够参与到这种基础性的研究中。在之后交流中,沈院士解答了有关过滤膜具体机理、冰的晶体结构和导电性以及水潜在的铁电性质等问题。同学们了解到了关于水的各种有趣的知识和广阔的应用前景,获益良多。

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