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

  • 山东青岛:夯实春季田管 确保小麦丰收

  • 四川荣县:乐德红土地 春日调色板

独家策划

推荐阅读
粮食安全,是“国之大者”。3月5日提请十四届全国人大四次会议审查的“十五五”规划纲要草案提出“十五五”时期主要目标和重大任务,明确粮食综合生产能力达到1.45万亿斤左右。
2026-03-06 09:35
我国科技成果大量涌现,人形机器人大放异彩,开源大模型领跑全球,芯片攻关取得新突破,创新药迅猛发展。
2026-03-06 09:31
生态环境法典草案规定,国家根据需要在长江、黄河、青藏高原等重要流域、区域建立协调机制,统筹指导、综合协调长江、黄河、青藏高原等重要流域、区域的生态环境保护等工作。
2026-03-06 09:29
“十五五”时期,开展生态保护修复成效评估、科学开展大规模国土绿化,将确保生态保护修复走得更稳、更实、更远。
2026-03-06 09:27
当前,新一轮科技革命和产业变革加速突破,我国经济基础稳、优势多、韧性强、潜能大,中国特色社会主义制度优势、超大规模市场优势、完整产业体系优势、丰富人才资源优势更加彰显。
2026-03-06 09:25
(记者冯丽妃)3月4日,全国政协十四届四次会议首场“委员通道”集体采访活动在北京人民大会堂举行。”  令人欣慰的是,潘建伟表示,通过国家重大科研任务的锤炼,我国量子科技研究队伍呈现年轻化、跨学科交叉的特点,并且兼具前沿探索和工程攻关的能力。
2026-03-05 09:56
全国人大代表、广东茂名化州市培林橘红种植专业合作社社长廖志略带来的化橘红树苗。这是全国人大代表、广东茂名化州市培林橘红种植专业合作社社长廖志略制作的集纳了乡亲们笑脸的3D照片。
2026-03-05 09:56
在天津市滨海新区,海上油气平台建设工人操作打磨机器人。不仅是我们团队,金凤实验室已为入驻科学家搭建病理表型组平台、纳米合成平台等8个国际领先的科研平台,提供科研设施设备超过6000台套。
2026-03-05 09:56
中国科学院广州地球化学研究所王强研究员团队联合国际合作者的一项最新研究给出了答案:高原并非一直向上生长,而是经历了两次“抬升—沉降”的起伏旋回。“青藏高原的生长不是简单的‘长高’,而是多阶段‘抬升—沉降’交替的结果。
2026-03-05 09:56
全国政协委员、宁德时代新能源科技股份公司董事长曾毓群从产业实战经历出发,分享了独属我国新能源事业的攀登故事。他坚信,秉持攀登精神、锚定目标,脚踏实地、勇毅笃行,就没有越不过去的险峰,就没有实现不了的梦想!
2026-03-05 09:56
在从事概率地震危险性分析、地震灾害风险评估工作中,我深刻感受到新兴技术发展日新月异,大大提升了我国的防灾减灾能力。
2026-03-04 09:42
从火星之上的精细探测,到地球深处探测的装备突破,我们用持续的创新创造,把关键核心技术牢牢掌握在中国人自己手中,为培育新质生产力、促进高质量发展贡献力量。
2026-03-04 09:41
我们始终坚持教育、科技、人才一体发展,推行“本硕博一体贯通+产业+专家+基地”模式,通过“博士村长”计划,培养了一大批知农爱农的复合型人才。
2026-03-04 09:40
回望“十四五”,中国经济在世界百年未有之大变局中彰显强大韧性,让我对高质量发展路径有了更深刻的认知。
2026-03-04 09:39
中国科学院国家天文台,年过八旬的中国科学院院士汪景琇春节假期一直在办公室忙碌,“有篇科普文章刚开了头,得抓紧写出来。”
2026-03-04 09:38
从实验室到产业化应用并不容易。王鹤说:“企业要想迅速响应市场需求,需要强化企业创新主体地位,让创新链和产业链无缝对接。”
2026-03-04 09:37
创新驱动是产业从“量大”走向“质强”的关键一跃,更是培育新质生产力的主引擎。
2026-03-04 09:36
我国生成式人工智能用户规模和普及率快速提升。
2026-03-03 09:37
本报讯(记者陶稳 通讯员张莹)突然出现头晕、头痛、视力障碍、肢体麻木无力,持续几分钟到几小时,无法缓解……遇到这些情况别大意,可能是“沉默的杀手”脑梗死在作祟。
2026-03-03 09:35
近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所太阳能光电转化与利用全国重点实验室联合香港科技大学研究团队,在钙钛矿太阳能电池埋底界面工程领域取得重要突破。
2026-03-03 09:34
加载更多