长期以来，科学界一直试图解释纳米尺度下水分子的行为，但仍有不少关键问题悬而未决。当水被限制十亿分之一米量级的狭小空间中，其物理性质会呈现与常态明显不同的特征。然而受观测手段所限，研究者过去很难直接记录这些微观过程的动态变化。围绕这个难题，北京大学江颖教授团队与香港城市大学曾晓成教授团队合作，经过多年研究，研制出具备原子级分辨率的“扫描量子传感显微系统”。该系统突破了传统显微技术的限制，首次实现对纳米空腔内水分子行为的原位观测。研究团队在精确控制实验环境后发现：当空间尺寸缩小至1.6纳米以下时，水分子运动明显减缓；当空间更压缩至1纳米时，水分子在室温下会自发排列成有序的晶体结构。 这一发现具有多上意义。首先，它为理论预测的纳米受限水相变行为提供了直接实验证据，回应了长期存在的学术分歧。其次，研究解释了纳米通道中流体“超润滑”现象的微观原因——当水分子形成类固体结构时，物质传输的摩擦阻力可大幅降低。同时，该成果也为功能材料设计提供了新的方向。 业内专家认为，这项研究说明了我国在量子传感与纳米科学交叉领域的重要进展，其观测技术未来有望拓展至能源储存、生物医药等应用场景。例如，在海水淡化膜材料设计中，若能更精确地调控纳米孔道尺寸，可提升水分子传输效率；在微流控芯片研发中，这一发现为更有针对性地调控流体行为提供了理论依据。
从“纳米里的一滴水”到材料与工程中的关键环节，基础研究的意义常常在于把熟悉的事物重新看清。此次在室温下直接观测到纳米受限水的液固转变，不仅为涉及的争议提供了更坚实的实验依据，也提示人们：在极限尺度下，物质可能形成新的组织方式与输运规律。随着自主科学仪器能力提升与交叉研究不断深入，这类发现有望在更广泛的场景中转化为可用、可控、可复制的技术手段。