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

  • 山东港口日照港前四个月集装箱吞吐量同比增长6.5%

  • 启用“海龟之家” 构建全链条保护体系

独家策划

推荐阅读
5月22日上午,在2026年文化强国建设高峰论坛“人工智能与媒体变革”分论坛上,中宣部副部长、国务院新闻办公室主任莫高义发表主旨演讲。
2026-05-22 13:22
中国科学技术大学何俊峰教授研究组与南方科技大学薛其坤院士、陈卓昱副教授研究组合作,在新型镍基高温超导的机理研究中取得重大突破。
2026-05-22 10:19
近年来,生产环节的技术革新,推动缝纫线产业转型向着上游拓展。
2026-05-22 10:19
在系列政策牵引下,学科专业动态调整正日趋常态化、精细化与特色化。
2026-05-22 10:14
“十五五”时期,如何推动我国生物多样性保护迈上新台阶?应着力在以下方面下功夫。
2026-05-22 10:13
当AI把数小时的工作压缩到转瞬之间,一个核心问题不得不让人思考:AI时代,未来教育最该培养学生什么能力?
2026-05-22 10:11
2026年亚太经合组织(APEC)贸易部长会议将于5月22日至23日在江苏省苏州市举办。苏州高新区镇湖绣娘姚琴华、岳琰创作的苏绣作品《朱荷图》《太湖一梦入姑苏》也一同展出。一根丝,在绣娘手中可以绣出江南山水;在现代工厂里,也可以进入高端面料、工业材料、绿色纤维和全球供应链。
2026-05-21 09:35
残障群体对无障碍环境建设最为敏感、利益最为攸关,但其话语权也相对较弱。不断完善相关法律体系,以充分保障残障群体在无障碍环境建设中各项权利。
2026-05-21 09:33
光,是宇宙中最神秘而又最常见的存在。从彩虹与翅膀的启示,到光子晶体与超材料的设计,人类在光学材料上的探索不断深化,实现了从“理解自然之光”向“设计与驾驭光”的飞跃。
2026-05-21 09:31
全球气候变化加剧,干旱灾害频发,正威胁世界粮食安全。
2026-05-21 09:30
2026年5月21日至23日,中国科学技术馆在河南省科学技术馆举办“全国科学家故事馆校众创展演活动”。
2026-05-21 09:27
近日,中国工程院院士、西安电子科技大学教授段宝岩率领团队自主研制的一对多动目标微波无线传能地面验证系统取得重大突破,在百米级距离实现了千瓦级的直流输出功率,直流—直流传输效率达到20.8%,波束收集效率高达88.0%。
2026-05-20 09:42
5月18日,随着“雪龙2”号凯旋,中国第42次南极考察圆满落下帷幕。
2026-05-20 09:37
逛一座馆,见证玻璃工业百年变迁。参观工业博物馆,一件件展品记录的是中国制造的发展史,是从落后到并跑、领跑的奋斗史。让我们以工业博物馆为支点,撬动工业旅游这个大市场,以工业文化涵养制造强国建设。
2026-05-20 09:34
近日,中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称天津工生所)糖生物合成与绿色制造攻关团队的研究成果被期刊接收。
2026-05-20 09:27
天津市河西区陈塘庄街道社区的医生向我们反馈,预警模式实现了高危人群的精准干预,社区脑卒中发病率与复发率明显下降。
2026-05-20 09:16
“雪龙2”号极地科考破冰船18日抵达上海,这标志着中国第42次南极考察圆满结束。
2026-05-19 09:54
5月18日,中国第42次南极考察圆满结束。中山大学共有4名老师参与本次任务——大气科学学院教授韩博,遥感科学与技术学院副教授梁琦、叶玉芳、王绍银。
2026-05-19 09:53
“琅琊”海洋大模型现已在国家海洋环境预报中心部署测试运行,实现实景应用。这意味着,这个从青岛走出的AI模型,开始真正为国家海洋预报工作贡献力量。
2026-05-19 09:52
打破传统学科分立格局,发挥工科见长优势,以工程需求催生基础研究、以基础研究赋能工科升级。
2026-05-19 09:50
加载更多