作為具有氫鍵的代表物質(zhì),水在地球上十分常見。日常觀察與科學(xué)研究表明冰、水在外加電場或低配位狀態(tài)下存在許多的有趣的現(xiàn)象,例如阿姆斯特朗水橋、泰勒圓錐噴霧等。然而,由于對水的結(jié)構(gòu)和氫鍵的認(rèn)識還不夠成熟,目前想要澄清冰、水反常現(xiàn)象的內(nèi)部機(jī)理還存在一定的困難。本文基于水的準(zhǔn)四面體結(jié)構(gòu)和非對稱、可極化耦合雙振子氫鍵模型、氫鍵（O:H-O）協(xié)同性、鍵弛豫理論,分析和預(yù)測在水中加電場或低配位水分子時的氫鍵弛豫行為;并通過拉曼光譜等實驗進(jìn)行驗證;最后,基于鍵參數(shù)與性能的關(guān)系澄清冰、水在電場、低配位狀態(tài)下水的反常行為,具體研究結(jié)果總結(jié)如下:（1）水橋?qū)嶒灡砻麟妶鰧λ畼蛐纬珊头�(wěn)定期決定作用;根據(jù)電容器電化的預(yù)測:當(dāng)向水中加電場時,在正負(fù)極之間形成由正極指向負(fù)極的放射狀電場,重排水分子、拉長并極化氫鍵。常溫、常壓下,不同電場的拉曼光譜表明外加電場使高頻藍(lán)移,低頻紅移,不僅證實了電容器電化,還驗證了氫鍵協(xié)同性�；阪I參數(shù)與性能的關(guān)聯(lián),外加電場提高了水的熔點、楊氏模量和表面張力,降低凝固溫度,拓展了水的準(zhǔn)固相邊界,因此,水橋具有彈性,電線周圍的霧水容易凝結(jié),強大的表面張力與水橋重力平衡而維持水橋穩(wěn)定;（2）根據(jù)... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）黃土高原地貌；（ｂ）繞灌農(nóng)作物；（ｃ）鐵器打造；（ｄ）水力發(fā)電工程??基于水在宇宙生命探索、地質(zhì)學(xué)、氣候?qū)W、農(nóng)業(yè)和新能源等學(xué)科的重要性，??

２＾＾１０９°?２８??ｗ??圖１．２（ａ）水分子的Ｖ字型結(jié)構(gòu)１２）。圖中紅色球（較大的球）表示氧原子，白色球（較小的??球）表示氫原子；（ｂ）ＳＰＣ剛性不可極化模型｜３１。圖中負(fù)電荷代表氧原子，而正電荷代??表氫原子??１．２．２氫鍵??氫鍵既是冰、水的基本結(jié)構(gòu)單元，也是氨基酸、蛋白質(zhì)和ＤＮＡ等生物大分??子的重要組成部分。研究表明，通過調(diào)控肽鏈的折疊，氫鍵可以影響所形成蛋白??質(zhì)的功能［１３，１４］。因此，澄清氫鍵的結(jié)構(gòu)和作用不僅能揭開冰、水的神秘面紗，??而且可以促進(jìn)生物和醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展。??早在１９世紀(jì)后半世紀(jì)，氫鍵概念就被提出了。盡管氫鍵發(fā)現(xiàn)較早，而且存??在十分普遍，然而，長期以來，人們對氫鍵的認(rèn)識卻一直沒有達(dá)成統(tǒng)一意見［１５＿１９］。??早期汄為，氫鍵是很強的靜電作用。后來，基于靜電的基本特征，人們更愿意接??受氫鍵是弱的相互作用的事實。１９３９年

將兩只盛滿去離子水的容器以一定的間距放置于絕緣體上，并用潤濕的棉線連接，??當(dāng)向兩只容器間施加強度為ｌ〇６Ｖ／ｍ的臨界電場時，在燒杯間將形成長時且穩(wěn)定??的懸空液橋，如圖１．５所示。然而，水橋發(fā)現(xiàn)初期并沒有得到人們的廣泛關(guān)注，??因此，關(guān)于水橋的記錄很少。直到１９９７年，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家Ｕｈｌｉｇ??才在網(wǎng)上上傳了水橋?qū)嶒灥囊曨l。隨后，Ｆｕｃｈｓ和他的同事們才開始對水橋展開??系統(tǒng)研究［７３—８３］。現(xiàn)在，越來越多的研究小組開始從理論以及實驗上研究這一神奇??的現(xiàn)象［８４－９２］。??ｒ?ｔ?Ｔｆｌ??圖１．５阿姆斯特朗水橋［８３＇８６］??當(dāng)前人們對水橋的研究主要集中于探宄水橋產(chǎn)生和保持穩(wěn)定的原因和測試??水橋性能兩方面。從受力平衡考量，對于穩(wěn)定水橋的產(chǎn)生，當(dāng)前有兩種代表性的??觀點。一種觀點認(rèn)為外加電場的作用力將與水橋的重力平衡，從而使水橋穩(wěn)定。??Ｗｉｄｏｍ等［８２］認(rèn)為支撐水橋的力來源于極性電解介質(zhì)液體的麥斯威爾電場產(chǎn)生的??６??

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]氫鍵（O:H-O）的非對稱耦合雙振子模型及其拉格朗日力學(xué)[D]. 黃勇力.湘潭大學(xué) 2013

碩士論文
[1]堿金屬鹵化物溶液的表面張力和氫鍵弛豫的拉曼計量譜學(xué)[D]. 周勇.湘潭大學(xué) 2016



本文編號：3141511