摘要：研究人员最近观察到水的一种新的“预熔状态”，在这一独特状态下，水分子在位置上如同固体，而在运动上则显示出流体的特征。这一发现由日本东京理科大学的科研团队完成，标志着对水这一常见物质的理解迈出了重要一步。

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250922074936.htm

研究人员最近观察到水的一种新的“预熔状态”，在这一独特状态下，水分子在位置上如同固体，而在运动上则显示出流体的特征。这一发现由日本东京理科大学的科研团队完成，标志着对水这一常见物质的理解迈出了重要一步。

水的常见状态包括固体、液体和气体，但在极小的空间限制内，它的行为可能会变得异常复杂。当水被限制在纳米级通道中时，其分子运动的特性与传统的块状水截然不同。科学家们此之前对于水在这种环境下的行为知之甚少，直到现在。

研究背景与目的

日本的科学家发现了平静水的一个新阶段，称为“预熔状态”。图片来源：Shutterstock

东京理科大学的研究小组，由化学教授田所和讲师小林及博士生名纪等共同组成，利用静态固态氘核磁共振（NMR）技术，深入探讨了在纳米孔中填充的水分子的行为。他们的研究表明，当水处于纳米孔中时，它组合成一种三层有序结构，这种结构在运动和氢键的相互作用上与普通的水截然不同。

研究团队设计了特定的“六边形棒状晶体”，其内部含有直径约1.6纳米的纳米孔。这些纳米孔的独特结构为水分子的性能提供了一个理想的观察平台。研究小组通过观察不同温度下的氘核磁共振谱图，成功捕捉到这一奇特的预熔状态，并详细阐明了水分子在这一状态下的特殊行为。

预熔状态的特征

预熔状态是指水分子在加热过程中，部分分子融化并开始运动，而其余分子则保持在固体的状态中。这种状态使得研究人员观察到了水分子的双重性质：尽管它们的位置上看似固体，但旋转运动却与液体相似。这种新的相在固体冰的结构中与部分被熔化的水共存，在极端环境的限制下形成。

当研究人员逐渐加热含有重水的晶体时，他们注意到核磁共振谱图出现了明显的变化，进一步证实了水进入预熔状态的过程。田所教授强调，这一过程体现了一种全新的水相，其中冷冻的水分子和那些以液态存在的分子并存，形成了独特的分子活性。

深远的科学与应用意义

这项研究不仅为我们理解水在极端条件下的行为提供了新视角，还可能对生物医学、材料科学等领域产生深远影响。通过深入了解限制水动力学，研究人员可以更好地理解水如何在细胞膜和生物蛋白质中渗透，这对于疾病治疗和药物输送有着重要的意义。

未来，这些发现可能引导开发新型水基材料和储能技术。田所教授表示，利用对水的新理解，研究人员有望创造新的冰网结构，以存储氢气和甲烷等高能气体。同时，基于冰的结构设计可以促成新型水圈材料的产生，这代表了未来在可持续能源和环保方面的角度。

总结与展望

水，尽管是地球最常见的物质之一，但其背后仍然隐藏着许多待探秘的秘密。通过揭示水的预熔状态，研究人员不仅促进了我们对水的基础科学理解，也开启了新材料与新技术的探索方向。随着技术的不断进步，科学家们相信，未来我们将有更深入的知识，揭示水在各类自然和技术过程中的重要角色。

这项研究不仅是科学探索的一个里程碑，也为各个相关领域提供了新的研究视角，期待未来我们的研究能够持续推动科学进步，并为社会带来更大的实际利益。

来源：人工智能学家