我国科学家在纳米材料研究领域取得重大突破，首次在室温条件下直接观测到水在纳米尺度受限空间中的液-固相变现象。这一成果由北京大学物理学院量子材料科学中心与香港城市大学联合团队完成，相关论文已发表于国际顶级学术期刊《自然-材料学》。
研究团队通过自主研发的扫描量子传感显微系统，成功突破了传统观测技术的局限。这套系统将高端扫描探针技术与量子传感技术深度融合，其灵敏度达到原子尺度，能够精准捕捉纳米空腔内水分子的动态变化。实验中，科研人员发现当受限空间尺寸缩小至1.6纳米时，水分子运动显著减缓，呈现出介于液态与固态之间的特殊状态。
进一步实验揭示，当空间压缩至1纳米以下时，水分子在室温条件下竟自发形成规则的晶体结构。这一现象颠覆了传统认知中水结冰需要低温条件的规律，为理解纳米通道中流体的超润滑输运机制提供了关键证据。研究显示，这种特殊状态下的水分子能够以近乎无摩擦的方式流动，解释了纳米流体传输效率异常高的原因。
纳米受限水作为新兴研究热点，其物理性质与宏观状态存在显著差异。在纳米尺度空间内，水分子因受限效应表现出结冰温度改变、扩散速率加快等反常行为。此前由于缺乏有效的观测手段，这些现象的微观机制始终存在争议。此次研究不仅验证了分子动力学模拟的预测结果，更为纳米流体器件的设计提供了理论支撑。
该成果在微纳电子、生物传感、能源存储等领域具有潜在应用价值。例如，理解纳米通道中水的输运特性有助于开发高效润滑材料，设计新型纳米流体器件，甚至为解析细胞膜通道的运输机制提供新思路。研究团队表示，后续将进一步探索不同受限条件下水分子的相变规律，推动纳米尺度流体物理的基础研究。
