作者仅3人！测定极限，成就一篇Nature子刊！

相稳定性及其限制是材料热力学的核心关注点。然而，化学系统中平衡液体稳定性的温度限制仅在恒定（通常是大气压）压力条件下被广泛表征，其中这些限制由共晶表示。

在较高压力下，共晶的温度和化学成分都会发生变化，打开了一个宽的热力学参数空间，在该空间中可能存在液体稳定性的绝对极限，即在起作用的热力学力的任意值（此处为压力和浓度）下的极限。

2024年12月18日，德克萨斯A&M大学Matthew J. Powell-Palm、华盛顿大学Baptiste Journaux在国际知名期刊Nature Communications发表题为《On the equilibrium limit of liquid stability in pressurized aqueous systems》的研究论文，Arian Zarriz为论文第一作者，Matthew J. Powell-Palm、Baptiste Journaux为论文共同通讯作者。

Matthew J. Powell-Palm，德克萨斯A&M大学助理教授。2015年、2016年本硕毕业于卡内基梅隆大学，2020年在加州大学伯克利分校获得博士学位。

Matthew J. Powell-Palm的研究兴趣为材料与生物热力学；器官和组织冷冻保存；高性能液体中的熵工程；热电偶余热回收工艺；高维热力学和相图；亚稳态和非平衡态；过冷、成核和玻璃化过程；医学、农业和保护生物学中的热力学干预；冰冷世界的行星热力学。

Baptiste Journaux，华盛顿大学助理教授。2013年博士毕业于法国里昂高等师范学院。其当前主要研究深地外海洋条件、冰冷的海洋世界和地球物理学、高压矿物物理学、基础热力学、NASA蜻蜓任务。

在这项工作中，作者首次在几种二元盐水中使用等容冷冻和熔化方法测量了这种绝对极限，并根据“共晶”的词源，将其命名为“cenotectic”（来自希腊语“κοινός-τῆeditῐς”） ，意思是“普遍融化”。

作者讨论这些发现对太阳系内海洋世界和寒冷海洋系外行星的影响；使用测得的冰川压力估计冰壳厚度和最终海洋深度（冰川或“末期”海洋）的热力学极限；最后提供了这个基本热力学不变点的广义热力学观点（和定义）。

图1：水和一种类似盐的溶质的二元溶液

图2：二元溶液的共晶压力-温度（P-T）曲线

图3：概念性的压力-温度-浓度相图

图4：一个冰冷卫星的内部结构以及涉及共晶和共熔的地质过程

图5：不同行星体和海洋系外行星候选者的最终共熔海洋深度（共熔深度）的演变

综上，作者研究了在加压水基系统中液态稳定性的平衡极限，首次通过等容冷冻和熔化实验测量了几个二元盐水的绝对稳定性极限，并将其命名为“共熔点”（cenotectic）。

研究结果对于理解太阳系内海洋世界和寒冷海洋系外行星的海洋动力学、冰壳厚度和最终海洋深度具有重要意义，并且为材料热力学提供了一个关于液态稳定性极限的广义视角。

该研究不仅加深了对水-冰相稳定性在高压条件下的理解，还为行星科学、低温保存技术以及材料热力学的多相平衡研究提供了新的理论基础和实验数据。

这项研究未来有望应用在太阳系中冰冷卫星和海洋系外行星的地质和热力学演化的深入研究，以及在低温生物保存和材料科学中。

Zarriz, A., Journaux, B. & Powell-Palm, M.J. On the equilibrium limit of liquid stability in pressurized aqueous systems.Nat Commun 15, 10666 (2024).