水作为最常见的物质，其微观世界的秘密长期困扰着科学家；当水被限制在纳米级微小空间内时，其物理化学性质会发生显著改变，表现出超快传输、低介电常数等异常现象，甚至表现为类似铁电材料的特性。然而，这些反常行为的微观机制一直缺乏直接的实验证据。 问题的症结在于观测手段的局限。纳米受限水的结构研究涉及两个国际科学难题的交汇点：一是水的微观结构是什么，二是如何在纳米尺度进行界面现象的精准测量。传统显微技术无法"穿透表面看界面"，难以在纳米空腔内直接观察水分子的结构变化。这个瓶颈制约了涉及的领域的理论发展和应用突破。 为突破此困境，北京大学物理学院量子材料科学中心的江颖、边珂、王恩哥等科学家与香港城市大学曾晓成合作——经过多年攻关——创造性地将高端扫描探针技术与量子传感技术融合，研制出独特的扫描量子传感显微系统。这套系统相当于为科学家装备了"原子尺度的磁共振成像仪"，其灵敏度和精准度远超既有手段，使得直接观测埋藏在界面处的纳米空腔内水的结构和相变行为成为现实。 实验结果揭示了一幅清晰的物理图景。当受限水的空间尺寸降至1.6纳米以下时，水分子的扩散运动显著放缓，水进入既非典型液体也非典型固体的新奇"类固体"状态。当空间深入压缩至1纳米以下时，奇迹在室温下发生——受限水完全"冻结"，形成了有序的晶体结构。这若干观测结果得到了分子动力学模拟的有力支持，为纳米受限水的异常性质提供了统一的物理解释框架。 这项研究同时澄清了纳米流体学领域的一个关键争议。在纳米尺度通道中，流体不再呈现简单的液体流动特征，而是以"类固体"形式进行近乎无摩擦的"超润滑"输运。这一深刻认识为下一代高效能技术的设计奠定了基础。 从应用前景看，这一发现的意义远超基础研究范畴。在海水淡化领域，对纳米受限水性质的深入理解有助于设计更高效的膜分离系统。在空气取水技术中，利用纳米材料与水的相互作用可以实现更高效的水汽吸附和释放。此外，纳米过滤、新型能量收集系统等领域也有望因此获得颠覆性的技术突破。相关成果已在国际学术期刊《自然·材料学》在线发表，得到国际学术界的高度认可。
从水的宏观性质到纳米尺度行为的研究转变，正在重塑材料、能源与环境技术的底层逻辑。此次室温下受限水相变的直接观测不仅解决了长期争议，更启示我们：对基础物质的深入认知往往是技术突破的关键。随着后续研究的推进，这项成果有望转化为更高效的水资源和能源解决方案。