我国科学家首次观测到水在纳米尺度的“样子”

IT之家 1 月 24 日消息，“北大物理人”微信公众号于 1 月 13 日发布博文，报道称我国科学家利用自主研发的扫描量子传感显微系统，首次在室温条件下直接观测到水在纳米尺度受限空间的液 — 固相变。

这项研究成果由北京大学物理学院量子材料科学中心、北京怀柔轻元素量子材料交叉平台江颖、边珂、王恩哥等与香港城市大学曾晓成合作完成，相关成果以“室温条件下纳米受限水液-固相变的实验观测”（Experimental observation of liquid–solid transition of nanoconfined water at ambient temperature）为题，于 2026 年 1 月 12 日在《自然-材料学》（Nature Materials）在线发表。

模式机理图（图片源自 Nature Materials）

IT之家注：纳米受限水（Nanoconfined Water）是指被“关”在极小空间（通常是纳米级别，即十亿分之一米）里的水。在这种极度狭窄的环境下，水分子没法像在杯子里那样自由乱跑，其行事风格（物理性质）会变得非常古怪，比如结冰温度改变、流速变快等。

然而，科学界长期缺乏能够“穿透表面看界面”的观测手段，导致这些现象的微观起源一直存在争议。针对这一痛点，江颖团队历经多年探索，创造性地将高端扫描探针技术与量子传感技术融合，研发出一套独一无二的“扫描量子传感显微系统”。

这项技术如同为科学家装上了一台“原子尺度的磁共振成像仪”，其超高的灵敏度终于让直接窥探纳米空腔内水分子的结构与相变成为可能。

团队在实验中描绘了一幅清晰的物理图景：当受限水的空间尺寸缩小至 1.6 纳米以下时，水分子的扩散运动显著放缓，进入一种既非典型液体也非典型固体的“类固体”状态。

纳米受限水的液–固相变行为

更令人惊叹的是，当空间进一步被压缩至 1 纳米以下时，水在室温下竟然完全“冻结”，形成了整齐的晶体结构。这一发现不仅证实了分子动力学的模拟结果，也完美解释了纳米通道中流体为何能以“类固体”形式进行近乎无摩擦的“超润滑”输运。

参考