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发布时间：2021-04-16 13:23

　　作为具有氢键的代表物质,水在地球上十分常见。日常观察与科学研究表明冰、水在外加电场或低配位状态下存在许多的有趣的现象,例如阿姆斯特朗水桥、泰勒圆锥喷雾等。然而,由于对水的结构和氢键的认识还不够成熟,目前想要澄清冰、水反常现象的内部机理还存在一定的困难。本文基于水的准四面体结构和非对称、可极化耦合双振子氢键模型、氢键（O:H-O）协同性、键弛豫理论,分析和预测在水中加电场或低配位水分子时的氢键弛豫行为;并通过拉曼光谱等实验进行验证;最后,基于键参数与性能的关系澄清冰、水在电场、低配位状态下水的反常行为,具体研究结果总结如下:（1）水桥实验表明电场对水桥形成和稳定期决定作用;根据电容器电化的预测:当向水中加电场时,在正负极之间形成由正极指向负极的放射状电场,重排水分子、拉长并极化氢键。常温、常压下,不同电场的拉曼光谱表明外加电场使高频蓝移,低频红移,不仅证实了电容器电化,还验证了氢键协同性。基于键参数与性能的关联,外加电场提高了水的熔点、杨氏模量和表面张力,降低凝固温度,拓展了水的准固相边界,因此,水桥具有弹性,电线周围的雾水容易凝结,强大的表面张力与水桥重力平衡而维持水桥稳定;（2）根据... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?（ａ）黄土高原地貌；（ｂ）绕灌农作物；（ｃ）铁器打造；（ｄ）水力发电工程??基于水在宇宙生命探索、地质学、气候学、农业和新能源等学科的重要性，??

２＾＾１０９°?２８??ｗ??图１．２（ａ）水分子的Ｖ字型结构１２）。图中红色球（较大的球）表示氧原子，白色球（较小的??球）表示氢原子；（ｂ）ＳＰＣ刚性不可极化模型｜３１。图中负电荷代表氧原子，而正电荷代??表氢原子??１．２．２氢键??氢键既是冰、水的基本结构单元，也是氨基酸、蛋白质和ＤＮＡ等生物大分??子的重要组成部分。研究表明，通过调控肽链的折叠，氢键可以影响所形成蛋白??质的功能［１３，１４］。因此，澄清氢键的结构和作用不仅能揭开冰、水的神秘面纱，??而且可以促进生物和医药领域应用的发展。??早在１９世纪后半世纪，氢键概念就被提出了。尽管氢键发现较早，而且存??在十分普遍，然而，长期以来，人们对氢键的认识却一直没有达成统一意见［１５＿１９］。??早期汄为，氢键是很强的静电作用。后来，基于静电的基本特征，人们更愿意接??受氢键是弱的相互作用的事实。１９３９年

将两只盛满去离子水的容器以一定的间距放置于绝缘体上，并用润湿的棉线连接，??当向两只容器间施加强度为ｌ〇６Ｖ／ｍ的临界电场时，在烧杯间将形成长时且稳定??的悬空液桥，如图１．５所示。然而，水桥发现初期并没有得到人们的广泛关注，??因此，关于水桥的记录很少。直到１９９７年，瑞士联邦理工学院的科学家Ｕｈｌｉｇ??才在网上上传了水桥实验的视频。随后，Ｆｕｃｈｓ和他的同事们才开始对水桥展开??系统研究［７３—８３］。现在，越来越多的研究小组开始从理论以及实验上研究这一神奇??的现象［８４－９２］。??ｒ?ｔ?Ｔｆｌ??图１．５阿姆斯特朗水桥［８３＇８６］??当前人们对水桥的研究主要集中于探宄水桥产生和保持稳定的原因和测试??水桥性能两方面。从受力平衡考量，对于稳定水桥的产生，当前有两种代表性的??观点。一种观点认为外加电场的作用力将与水桥的重力平衡，从而使水桥稳定。??Ｗｉｄｏｍ等［８２］认为支撑水桥的力来源于极性电解介质液体的麦斯威尔电场产生的??６??

【参考文献】：
博士论文
[1]氢键（O:H-O）的非对称耦合双振子模型及其拉格朗日力学[D]. 黄勇力.湘潭大学 2013

硕士论文
[1]碱金属卤化物溶液的表面张力和氢键弛豫的拉曼计量谱学[D]. 周勇.湘潭大学 2016



本文编号：3141511