点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:水结晶可以直接形成立方冰
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

水结晶可以直接形成立方冰

来源:光明日报2023-03-31 09:36

  【科技前沿】

  光明日报北京3月30日电(记者齐芳)冰是宇宙中最常见的固体,它们是恒星形成的基础,也是生命之源。自然界中,冰是一种六角密堆结构的晶体,被称为“六角冰”,这也是雪花总是六角片状的原因。那么,自然界中,冰可能形成像钻石一样的立方体吗?

  来自中国科学院和北京大学的研究者,利用原位透射电镜技术将冰的实验研究深入到分子水平,对这个问题给出新解:水结晶也可以直接形成立方冰,而影响立方冰形成的关键因素可能在于无处不在的异质界面。这一成果29日在线发表在国际学术期刊《自然》上。

  一直以来,科学家们对立方冰的研究花费了很大力气,也在实验室中制备出了立方冰,“但对于水结晶这一物理过程,人们始终难以在其分子水平上提供相应的实验数据。因此,关于自然界中是否存在立方冰的争议从未停止。”论文的主要完成人之一、中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员白雪冬说:“从这个角度说,具有高空间分辨率、低损伤的水结冰实时显微成像技术就具有十分重要的意义。”

  白雪冬研究员、王立芬副研究员团队,通过发展原位冷冻电镜,借助像差矫正透射电子显微镜和低剂量电子束成像技术,成功实现了以分子级分辨率观测冰的生长结晶过程,并原位表征结构的演化。

  研究人员展示了-170℃左右的低温衬底上气相水凝结成冰晶的过程,发现了立方冰在这种低温衬底上的优先形核生长。分子级成像证实了水结晶可以形成各种形貌不一的单晶立方冰。而随着时间的增加,冰晶整体中六角冰的占比逐渐增加。研究人员分析,这表明异质界面在立方冰的形成中起着重要作用。而自然界中常见的降雪大多是水分子在灰尘矿物质等表面的凝聚生长,这种异质界面无处不在。

  进一步地,研究人员表征了立方冰内部的常见缺陷。实验观测结合分子动力学模拟结果表明,这种富缺陷的结构并不稳定,在电子束的扰动下缺陷层发生结构构型的协同扭曲乃至整体的攀爬。“这可能就是自然界中我们几乎无法看到立方冰的原因。”白雪冬说。

  白雪冬介绍,不过,在微观世界中,无论在生长过程中还是电子束激发下,立方冰在观测时间内都保持着相当的稳定性,而未发生向六角冰转变的迹象。“这种结构的稳定性验证了立方冰在水结冰过程中具有相当大的竞争力,因此可能在该过程中扮演着至关重要的角色。”

  “现在我们已经证实,雪花并不总是‘六出’。”白雪冬说,“原位透射电镜技术在对冰的研究中还大有可为,相信每一次实验技术的进步都会带给我们全新的认识,揭开关于冰的更多谜题。”

[ 责编:宋雅娟 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 为“生命通道”点亮一束光

  • 世乒赛团体赛:中国男队夺冠

独家策划

推荐阅读
今年5月12日是第18个全国防灾减灾日,主题是“人人讲安全、个个会应急——提高防灾减灾救灾能力”。
2026-05-12 02:40
习近平总书记在加强基础研究座谈会上强调,基础研究是整个科学体系的源头,是所有技术问题的总机关。
2026-05-12 02:40
当前,我国正处于加快建设教育强国的关键时期。教育作为强国建设、民族复兴之基,战略地位更加凸显,迎来了前所未有的发展机遇
2026-05-12 02:40
十年来,北京大学考古文博学院坚守初心、守正创新,聚焦学科、学术、话语、育人四大体系一体化建设,并以实践创新贯穿始终,让四者协同赋能
2026-05-12 02:40
回顾人类社会发展史可以发现,任何一个国家的崛起都伴随着思想文化的兴盛和知识体系的自主建构。
2026-05-12 02:40
搭载AI创作PPT、AI绘画设计等功能的智能4G无线语音鼠标,具备清洗、离心、分选、培养等功能的全自动细胞制备一体机,覆盖多层级智慧生活场景的AI智能家居……
2026-05-12 02:40
据《自然》报道,联合国正在考虑设立31项新指标,以“补充并超越”全球衡量经济增长的主要指标——国内生产总值(GDP)。古特雷斯当天在美国纽约联合国总部举行的启动仪式上发表讲话,称该报告“迈出了纠正衡量进展方面长期存在的盲点的里程碑式的一步”。
2026-05-11 08:59
在中国科学院空间科学(二期)战略性先导科技专项的统筹布局下,依托中国科学院建制化优势,院内多家单位协同攻坚,成功完成卫星研制工作。接下来,中国科学院计划通过天地联合观测,深入开展有组织、体系化的前沿研究工作,解决一批国际公认的科学难题。
2026-05-11 08:58
面对质疑,路战远和团队天天扎进地里,一边在示范田讲技术,一边用实打实的产量说话。为了把技术讲清楚,路战远团队还自掏腰包,筹集经费40多万元,设计编撰了一套《保护性耕作技术·蒙汉对照》科普画册,把复杂的技术画成生动的漫画,让17万户农牧民看着漫画、学习技术。
2026-05-11 02:45
日前从中国科学院西北高原生物研究所获悉,全球唯一聚焦高寒、高海拔、强紫外特殊生境的专业化种质资源平台——青藏高原生物种质资源库
2026-05-11 03:15
旺季收购期间,国家粮食和物资储备局强化统筹组织,细化政策措施,相机灵活开展收储调控,多措并举推动产销衔接和农企对接,积极引导各类主体入市,不断激发市场购销活力,保障收购工作顺利开展。据初步统计,累计收购中晚稻1.03亿吨、玉米2.22亿吨、大豆1299万吨。河南、湖南、黑龙江3省启动中晚稻最低收购价执行预案,累计收购最低收购价中晚稻418万吨。
2026-05-11 02:45
“人类生活在大气之中,大气变化是有规律的,可以将其变化用方程方式来表示。” 李泽椿习惯用数据和公式说话,这位中国工程院院士、天气动力和数值预报专家说话慢条斯理,从没高声过。
2026-05-09 02:15
中医强调,“未病先防、既病防变、瘥后防复”。
2026-05-09 04:05
仓廪实,天下安。习近平总书记强调,只有农业强起来,粮食安全有完全保障,我们稳大局、应变局、开新局才有充足底气和战略主动。
2026-05-09 02:15
近期,某手机芯片厂商相关漏洞被不法分子定向利用,给网上热炒的“秒解BL锁”行为敲响了警钟。
2026-05-09 11:10
近日,我国国家高电压计量站自主研制的工频高电压标准互感器将作为核心“标尺”,用于国际电磁咨询委员会组织的30余国高电压量值比对。
2026-05-09 02:15
《行动方案》以能源支撑人工智能发展、人工智能赋能能源转型为主线,聚焦保障算力设施安全可靠的能源供给、推动算力设施绿色低碳转型、促进算力电力高效经济协同、
2026-05-09 02:15
从日前闭幕的第九届数字中国建设峰会可以看出,我国人工智能技术已迈过能聊天、拼参数的初级阶段,进入会干活、有价值的跃升期。好用,既是用户体验的直观标尺,也是我国人工智能从技术跟跑到创新引领、从规模扩张转向质量提升的关键抓手。
2026-05-08 09:14
4月23日,100多家仪器企业带着自己的拳头产品,参加第十九届中国科学仪器发展年会。一个是以技术创新切入的初创企业,一个是深耕多年的国产老牌厂商,纳析科技和海能技术的实践,正是国产科学仪器企业不断向上突破的缩影。
2026-05-08 09:14
记者日前从中国科学技术大学获悉:近日,该校郭光灿院士团队在实用化量子密钥分发研究方面取得重要进展。团队突破量子态制备和单光子探测技术在高速、高信噪比和集成度方面相互制约的难题,首次利用半导体单光子探测器,实现了超越超导探测系统的安全密钥率纪录。
2026-05-08 09:13
加载更多