과학자들이 실온 얼음을 발명하다

과학자들은 실온에서 형성될 수 있는 새로운 단계의 얼음을 만들어냈습니다.

네이처 머티리얼즈(Nature Materials) 저널에 게재된 새로운 논문에 자세히 나와 있듯이, XXI로 명명된 이 새로운 상은 형성되기 위해 극한의 압력이 필요합니다. 이름에서 알 수 있듯이, XXI는 지금까지 확인된 21번째 얼음 형태로, 해왕성이나 천왕성과 같은 가스 및 얼음 거대 행성의 표면에서 발견되는 육각형, 정육면체, 초이온형 등 다양한 구조의 얼음과 함께 발견되었습니다.

이번 발견은 물의 고체 상태가 실제로 얼마나 다양한지, 그리고 이 엄청나게 풍부한 물질에 대해 아직 얼마나 많은 것을 배워야 하는지를 보여줍니다. 이 연구는 먼 위성에서 발견되는 외계 얼음의 형태가 어떻게 생겨났는지 도 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 연구는 한국표준과학연구원(KRISS)의 이근우 연구원과 세계 최대의 X선 레이저인 유럽 X선 자유 전자 레이저 시설(XFEL)과 독일 전자 싱크로트론(DESY) 연구 센터의 과학자들이 협업하여 진행했습니다.

XXI 얼음은 물이 실온에서 엄청난 수준으로 빠르게 압축될 때 형성됩니다. 얼음은 극히 특수한 조건에서만 안정적입니다.

연구 보고서에 따르면, 이 얼음은 대부분 고온이나 저온에서 형성되기 때문에 우리에게 알려진 거의 20여 가지의 얼음 형태 중에서 주요 이질적인 형태입니다.

"물은 빠르게 압축되어 더 높은 압력에서도 액체 상태를 유지할 수 있는데, 압력이 높아지면 이미 얼음 VI로 결정화되어야 합니다." 이는 얼음 위성인 타이탄과 가니메데의 내부에서 발견될 것으로 추정되는 상태를 언급하며 설명했습니다.

다르게 말하면, XXI는 먼 얼음 위성에서 발견되는 특이한 얼음 단계와 물 사이의 중간 단계 중 하나인 것으로 보입니다.

연구팀은 재료 과학에서 행성 내부 깊숙한 곳에 존재하는 압력을 재현하는 데 사용되는 고압 장치인 다이아몬드 앤빌 셀을 사용하여 물에 2기가파스칼의 압력, 즉 대기압의 약 20,000배의 압력이 가해졌을 때 어떤 일이 일어나는지 관찰했습니다.

그런 다음 그들은 결정 구조가 어떻게 반응하는지 보기 위해 1초 동안 압력을 해제한 다음, 이 과정을 수백 번 반복했습니다.

실온임에도 불구하고 물의 분자는 서로 뭉쳐 얼음을 형성합니다. 다만 구조가 훨씬 더 촘촘합니다.

그런 다음 연구팀은 XFEL을 사용하여 마이크로초마다 샘플 이미지를 촬영했습니다. 이는 고속 카메라로 영상을 촬영하는 것과 같으며, 얼음 구조가 어떻게 형성되는지 관찰하는 데 사용되었습니다.

Lee는 "유럽 XFEL의 독특한 X선 펄스를 통해 동적 다이아몬드 앤빌 셀을 사용하여 1000회 이상 빠르게 압축 및 감압한 H2O에서 여러 결정화 경로를 발견했습니다."라고 설명했습니다.

공동 저자이자 DESY 연구원인 레이첼 허스밴드는 "저희 연구 결과는 더 많은 수의 고온 준안정 얼음 상태와 관련된 전이 경로가 존재할 수 있음을 시사하며, 잠재적으로 얼음 위성의 구성에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

원문: https://futurism.com/science-energy/scientists-invent-room-temperature-ice?utm_source=beehiiv&utm_medium=email&utm_campaign=futurism-newsletter&_bhlid=85d610b1aef5f906b87e7ce121595b53926e3269