逍遥学能 2017-11-27 19:43
最近，来自英国和德国的科学家通过联合研究，成功揭示了冰的最小微观结构。相关论文发表在6月17日的《自然》杂志上。
图片说明：隧道扫描显微镜下的最小冰颗粒，仅由六个水分子组成。
据科学网报道，最近，来自英国和德国的科学家通过联合研究，成功揭示了冰的最小微观结构。相关论文发表在6月17日的《自然?材料学》杂志上。
领导该项研究的是来自伦敦纳米技术中心(London Centre for Nanotechnology)的Angelos Michaelides博士及德国莱布尼茨大学(Leibniz University)的Karina Morgenstern教授。他们首先将一块金属的表面温度冷却至5K(-268摄氏度)。在这个温度上，借助于隧道扫描显微镜(STM)，研究人员可以“捕捉”到冰的最小颗粒形式(hexamers)并成像。科学家发现，Hexamers由六个水分子构成，是最简单、最基本的冰形式。除此之外，也被成像的纳米冰串(nanoclusters)，可以分别包含7、8、9个分子。
在上述实验基础上，研究小组采用精准的理论模型来分析这种结构的形成原理。大致如下：通常情况下，冰内的水分子是以相同长度的键粘合在一起，代表了相同的粘力；而在纳米冰串里，水分子之间的键则长短不一。这说明水分子具有分配氢键的能力，由此揭示了一个迄今尚无人知的事实，即水分子在黏附金属表面与接受氢键之间存在竞争。
关于此次研究的意义，Michaelides说：“我们的研究有助于深刻地理解这种广泛存在的重要的冰雪成核现象，这种现象一般被称为异类成核现象(heterogeneous nucleation)。”这种固体表面冰串结构的研究也为在天文学、电化学以及能量研究等方面的应用提供了新的思路，对于全球气候变迁的研究也有很大帮助。