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二维冰存在首获证实 研究揭示其特殊生长机制-亚博网页版登陆
时间:2021-05-10 来源:亚搏网页登录 浏览量 39233 次
本文摘要:近百年来,人类发现了冰的18种三维结构,其中最少见的是六角形冰相,如开花的雪、消暑的冰、南极的厚冰。

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近百年来,人类发现了冰的18种三维结构,其中最少见的是六角形冰相,如开花的雪、消暑的冰、南极的厚冰。但是,自然界是否有稳定的二维冰,还没有明确的实验证据。

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北京大学、美国内布拉斯加大学林肯分校及中科院研究团队,利用高分辨qplus型原子力显微镜技术,首次实验证实二次元冰的不存在,并以原子级分辨率拍摄二次元冰的组成过程,说明其类似的成长机制。该成果于2日公布于国际顶尖学术期刊《自然》。在本次研究中,科学研究者正确控制温度和水压,在亲水性的金衬里,首次生长出这种单晶二维冰结构。他们将非袭击性原子力显微镜光学技术应用于二维冰的亚分子级识别光学,融合理论确认其原子结构。

结果表明,二维冰由两层六角冰无旋转填充,两层之间由氢键连接,各水分子与同一层水分子构成三个氢键,与上下层水分子构成氢键,因此所有氢键都处于饱和状态,结构非常稳定,是独立国家不存在的自饱和状态二维冰。文章通信作者之一,北京大学量子材料科学中心教授江颖说,这也是实验证实的第一个二维冰结构,研究人员命名为二维冰I相互作用。怎样才能看到二次元冰的构成?研究人员将二维冰从零下153摄氏度速冻到零下268摄氏度,使冰生长过程中的一系列中间状态无效,展开稳定的光学,明确提出了二维冰岛锯齿状边界的脑肿瘤式生长和扶椅状边界的收获式生长机制。

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二次元冰的发现不仅挑战了一百多年来人们对冰相的传统理解,而且应用于前景广阔。如果不存在二维冰的话,三维冰会在表面生长,非常坚固。但是,如果没有二维冰,构成的三维冰与表面接触面小,容易被风吹回去。

我们可以根据二次元冰的结构设计和开发,防止冻结材料。江颖指出,利用二次元冰,可以增材料之间的摩擦。

另外,二次元冰作为类似的二次元材料,可以通过高温超导电性、浅紫外观测、冷冻镜光学等研究获得新的平台。


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