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我國科學家證實立方冰的存在


(相關資料圖)

自然界中水結冰等相變現象非常普遍。30日,記者從中國科學院物理研究所獲悉,來自該所與北京大學等單位的研究人員,首次通過實驗證實水結晶成冰時可以直接形成立方冰,澄清了關于立方冰能否自然形成的爭議。相關研究成果在線發表于《自然》雜志。

在自然界中,我們常見的冰都呈六角片狀,被稱為六角冰。早在1935年,諾獎得主、美國著名化學家萊納斯·鮑林就曾預言還存在另一種形狀的冰——立方冰。“然而,單晶、純相的立方冰是否自然存在,一直都是科學界廣泛關注但懸而未決的爭議問題。”中科院物理所研究員白雪冬坦言。

通過研發原位冷凍電鏡技術,結合原子分辨像差校正電鏡技術和低劑量電子束成像技術,研究團隊成功以分子級分辨率觀測了冰的生長結晶過程:在低溫冷盤上,氣相水凝結成冰晶時,立方冰優先形核生長,同時六角冰也在獨立形核生長。

“我們通過實驗證實了水結晶變成冰的過程中,可以形成各種形貌不一的單晶立方冰。”中科院物理所副研究員王立芬說,但是,隨著時間的增加,在冰晶整體中,六角冰的占比會逐漸增加。據此,研究人員認為,自然界中無處不在的異質界面,比如灰塵、礦物質的表面,在立方冰的形成中起著重要作用。

白雪冬表示,這項研究對冰晶結構及其形成機理研究、冰晶合成與應用控制具有重要意義。

立方冰的分子級成像及形核結晶過程。圖片由中科院物理所提供

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