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六角冰有了原子级分辨图

刷新对冰结构及预融化机制认知

发布时间:2024-12-23

来源:科技日报 陆成宽【字号:

冰表面长啥样?原子级分辨图像揭晓答案。利用自主研发的国产qPlus型扫描探针显微镜,北京大学教授江颖、徐莉梅及中国科学院院士王恩哥联合研究团队首次获得了六角冰(自然界最常见的冰)表面的原子级分辨图像。相关论文5月22日发表于《自然》。

冰是由水分子按照不同方式堆叠而成的晶体,其中最常见的是形成六角冰(Ih)的六角堆叠方式。在这种堆叠方式中,两个水分子相互连接形成六边形,进而拼接成一个平面,不同平面间的分子通过氢键连接。过去,科学家认为在常规条件下,冰表面只存在这一种堆叠方式。

此次,qPlus型扫描探针显微镜展现的景象却出乎预料。“我们看到在六角冰表面不仅有六角堆叠方式,还有立方堆叠方式。这两种结构互相连接,形成了稳定的冰表面。”江颖说,这是人类首次在冰表面观察到这种堆叠方式。

同时,研究团队还发现,在-153℃左右,这两种堆垛才会形成规则的三角晶格,处于真正的晶体状态。随着温度升高,三角晶格会越来越不规则,最后变成无序状态。在0℃以下,甚至-100℃时,冰已经开始融化。王恩哥认为,这项研究刷新了长期以来人们对冰表面结构和预融化机制的传统认知,为冰科学研究打开了新的原子尺度视角。

《自然》杂志审稿人评价,该发现将对大气科学、材料科学等多个领域产生深远影响。

(责任编辑:梁春雨)

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