立方(28380)港交法兴九九购B冰存在吗？科学研究又有新发现
2024-04-06 18:42:23 来源：盛楚鉫鉅网
记者从中国科学院物理研讨所得悉，该所与北京大学等单位的科研人员协作研讨发现，雪花并不总是“六出”，水结晶也能够直接构成立方冰，而影响立方冰构成的关键因素或许在于无处不在的异质界面。这一研讨成果近来在《天然》（Nature）杂志宣布。
水是世界中含量仅次于氢气的物质，而冰是世界中最常见的固体，它们是恒星构成的根底，也是生命之源。人们对冰的调查能够追溯到公元前。早在西汉年间，就有诗人韩婴发现“凡草木花多五出，雪花独六出”，科技革新前驱开普勒也从前宣布疑问“为什么飘落的雪花总是六角片状？”。
在天然界中，冰是一种归于六角密堆结构的晶体，这种微观的分子排布决议了微观上冰晶的描摹也往往具有六次对称性。咱们将这种晶体结构的冰称之为“六角冰”。
雪花总是“六出”吗？
冰在天然界中随处可见，比如在气候好的情况下，人们能够看见在太阳周围笼罩着一个或以上的五颜六色光环。这是阳光透过卷层云时，遭到冰晶的折射或反射带来的一种光学现象。因为六角冰一般以冰六棱柱的基面和柱面作为截止面，日晕的视角一般是22度和46度。
可是，在极端稀有的时分，人们能够调查到28度左右的日晕。这种日晕被称为Scheiner’s halo，详细构成机制尚有争议。一种说法为，这时高空中温度较低，卷层云中的冰晶并不是一般的六角冰结构，而是一种类似于金刚石的面心立方结构。这种立方冰会呈现出正八面体的晶体描摹，阳光被这种冰晶折射后就会在28度构成日晕。也就是说，天然界中的雪花或许并不总是“六出”，它也有或许长成钻石的容貌。
奥秘的立方冰
尽管早在1629年的罗马，就有关于Scheiner’s halo的记载；诺奖得主Linus Pauling依据剩下熵理论也曾预言了立方冰的存在。而在1943年，德国科学家K?nig经过电子衍射，最早报导了立方冰结构。后来人们在试验室中又经过各种办法，包含冻住纳米液滴法、离解气体水合物法、纳米限域结晶法等办法制备出了立方冰。
种种试验痕迹以及理论核算以为，冰在形核结晶进程中或许更倾向于构成立方冰，再改变为咱们常见的六角冰。所以很长一段时刻中，关于水结晶范畴的研讨集中于立方冰的制备与表征中来。
但渐渐地人们发现，在试验室中不管经过什么办法制备的立方冰，其衍射峰总是违背抱负的面心立方的衍射特征，阐明其并不是纯相的立方冰。严格地说，或许天然界并不存在所谓的“立方冰”，它也或许是密堆面上立方冰与六角冰随机堆垛的一种特别结构。因为缺少更进一步的表征手法，这种争议一向继续着。
2020年，意大利和日本两个课题别离报导了两种制备纯相立方冰的办法。他们经过准确操控试验条件，离解不同气体水合物（C0、C2）的办法得到了高纯度的立方冰。那么进一步地，水结晶能够直接构成立方冰吗？影响立方冰构成的关键因素在于什么呢？
从分子水平追寻立方冰
关于水结晶这一物理进程，人类还远远谈不上了解，其研讨的首要难点在于人们一直难以在其分子水平上供给相应的试验数据。关于立方冰的争议便是如此，因为成长进程中常随同缺点，传统的衍射手法无法将立方冰与堆垛无序冰区别开来。因而，具有高空间分辨率、低损害的水结冰实时显微成像技能具有十分重要的含义。
最近，中国科学院物理研讨所/北京凝集态物理国家研讨中心白雪冬研讨员、王立芬副研讨员团队，经过开展原位冷冻电镜，凭借像差纠正透射电子显微镜和低剂量电子束成像技能，成功完成了以分子级分辨率观测冰的成长结晶进程，并原位表征结构的演化。
研讨人员展现了-170℃左右的低温衬底上气相水凝结成冰晶的进程，发现了立方冰在这种低温衬底上的优先形核成长。分子级成像证明了水结晶能够构成各种描摹纷歧的单晶立方冰。而跟着时刻的添加，冰晶全体中六角冰的占比逐步添加。研讨人员剖析，这表明异质界面在立方冰的构成中起着重要作用。而天然界中常见的降雪大多是水分子在尘埃矿物质等外表的凝集成长，这种异质界面无处不在。
进一步地，研讨人员表征了立方冰内部的常见缺点。依据是否引入堆垛无序晶畴为规范，研讨人员将立方冰内部的常见缺点分为了两类，并使用电子束的激起效应探求了堆垛无序晶畴部分的结构动力学。试验观测结合分子动力学模仿结果表明，这种富缺点的结构并不安稳，在电子束的扰动下缺点层产生结构构型的协同歪曲甚至全体的攀爬。
研讨人员注意到，不管在成长进程中仍是电子束激起下，立方冰在观测时刻内都保持着适当的安稳性，而未产生向六角冰改变的痕迹。这种结构的安稳性验证了立方冰在水结冰进程中具有适当大的竞争力，因而或许在该进程中扮演着至关重要的人物。
经过研讨，科研人员以为，雪花并不总是“六出”，水结晶也能够直接构成立方冰，而影响立方冰构成的关键因素或许在于无处不在的异质界面。该研讨向人们展现了使用原位透射电镜技能，将冰的试验研讨深化到分子水平。关于冰，其实还有许多的未解之谜，每一次试验技能的前进都会带给咱们全新的知道。
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