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:冰表面在-153℃时就开始融化
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

冰表面在-153℃时就开始融化

来源:光明网-《光明日报》2025-01-16 04:15

  【科学·近距离】

  光明日报记者 晋浩天

  在星际空间中,被冰覆盖的尘埃颗粒是复杂有机分子生成的关键载体,因此,“看”清楚冰表面的原子结构,对于探索生命起源和物质来源具有重要意义。

  同时,冰广泛存在于自然界中。作为自然界中最普遍的表面之一,冰面承载着多种重要的大气反应,并影响众多自然现象,如臭氧的分解、雷云的带电等,对冰的研究也有助于破解这些自然奥秘。

  然而,由于缺乏原子尺度的实验表征手段,人们对冰表面的了解长期处于初级阶段。qPlus原子力显微镜的出现,让科学家首次“看到”冰表面原子结构。

  由北京大学团队研发的具有自主知识产权的新型qPlus原子力显微镜,通过探测极其微弱的高阶静电力,在国际上首次“看到”冰表面的原子结构,并揭示其在-153摄氏度即开始融化的奥秘。(编者注:这里所说的融化,并不是我们日常生活中所说的冰融化成水,而是指分子层面的改变。)

  利用这一设备,研究人员首次得到了自然界最常见的六角冰表面的原子级分辨图像,实现了对表面氢键网络的精确识别和氢核分布的精准定位。为进一步探究冰表面预融化过程,研究人员进行了系统的变温生长实验,发现冰表面在-153℃时就开始融化。

  该工作颠覆了人们对冰表面结构和预融化机制的传统认识。冰表面重构所引入的高密度分布畴界,促进了预融化的发生,使得冰表面在极低的温度——-153℃左右,就开始变得无序,这个现象产生的温度远低于之前研究普遍认为的-70℃左右。考虑到预融化开始的温度与大气层中的地球最低温度相当,这表明在自然环境中,大多数冰表面已经处于预融化的无序状态或者准液态。

  北京大学团队还证实世界上存在“无摩擦”的冰——利用这一设备,他们首次发现二维冰在石墨烯表面上的超润滑行为,澄清了低维受限条件下超快水传输特性的根源。

  在传统观念中,液体在固体表面流动时,会受到摩擦力的阻碍。与宏观世界中水的输运不同,在微观世界里,当水通道的尺寸小到几个纳米甚至亚纳米的时候,会产生许多有趣的现象。如在纳米流体器件中,当水分子与石墨烯表面相遇时,就仿佛进入了一个意想不到的滑冰场。这些水分子在石墨烯表面滑行自如,摩擦力几乎为零,展现出了超乎寻常的无摩擦输运特性,即超润滑性。

  这样的研究为低维受限水输运中结构超润滑现象提供了首个确凿的实验证据,揭示了其不同于传统超润滑体系的微观机理。这些发现告诉我们,纳米通道中的水流不再是简单的液体流,而是可能形成类冰的超润滑输运。这不仅有助于我们理解受限体系中水的超快输运,而且将进一步激励新型超润滑和纳米流体系统的未来探索与实际应用。

  这些新发现开启了冰科学研究的新篇章,将对材料学、摩擦学、生物学、大气科学、星际化学等众多学科领域产生深刻的影响。

  《光明日报》(2025年01月16日 16版)

[ 责编:丁玉冰 ]
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

独家策划

推荐阅读
ASC26报名链接:https://www.asc-events.net/StudentChallenge/ASC26/Register.php
2025-11-07 15:58
北京时间2025年11月6日11:00—14:00,地磁发生强烈扰动,达到大地磁暴水平(Kp=7),为橙色警报级别。
2025-11-07 13:39
阿特拉斯的成功观测是天问一号的一次重要拓展任务,利用探测器观测暗弱天体为天问二号开展小行星探测进行了技术试验,积累了经验
2025-11-07 09:37
天问一号环绕器利用高分辨率相机近日成功观测到星际天体——阿特拉斯。”据介绍,天问一号探测器于2021年2月进入火星环绕轨道,迄今已稳定运行4年8个月,目前状态良好。
2025-11-07 09:31
与会嘉宾围绕“人工智能+”深度融入产业创新发展等话题进行深入探讨,凝聚产业国际合作发展共识,推动构建开放包容的人工智能产业创新生态。
2025-11-07 09:29
谈及人形机器人何时能从“炫技”转向应用落地,优必选科技副总裁焦继超提出了分阶段的发展预期。中国电子学会机器人分会青年副主任委员、乐聚智能(深圳)股份有限公司董事长冷晓琨表示,预计明年人形机器人在工业领域会出现采购交付数量过万台的企业。
2025-11-07 09:28
“十四五”时期,我们将目光投向脑疾病领域,通过脑机接口技术,实现了“诊断—监测—治疗—预测”一体的大脑实时“观景”。一方面,脑机接口技术可以让神经系统“说话”,通过高精度解码神经信号实现对大脑的“意念读取”和精准诊断。
2025-11-07 09:18
遥远恒星大气爆发活动的起源区域有哪些特征,人类至今知之甚少。但科学家们正在通过分析太阳爆发活动,探究恒星大气爆发活动的奥秘。
2025-11-06 10:35
这几年,子午工程已经有不少应用场景。例如在航天员出舱时,提前进行空间天气预报,避免在太阳风暴来临、空间有高能粒子时出舱,保护航天员健康安全。
2025-11-06 10:34
智能穿戴设备产品形态从手环、手表延伸至耳机、眼镜、戒指等形式,新供给创造新需求,改变了消费者生活方式,推动着健康管理、时尚消费与技术创新的深度融合。
2025-11-06 10:32
电动车充电慢、冬天“趴窝”、安全隐患大……这些困扰电动出行的难题,迎来了突破性解决方案。
2025-11-06 10:19
目前,我国约70%的待发现油气资源蕴藏在深层超深层、复杂构造及非常规等新领域。如何找到这些宝贵的油气资源,精准绘制“藏宝图”?
2025-11-06 10:17
天问一号环绕器利用高分辨率相机于近日成功观测到星际天体——阿特拉斯(3I/ATLAS)。其间,天问一号环绕器距离目标天体约3000万千米,是目前观测该天体距离最近的探测器之一。
2025-11-06 09:56
为确保航天员生命健康安全和任务圆满成功,经研究决定,原计划11月5日实施的神舟二十号返回任务将推迟进行。
2025-11-05 10:59
4日,国务院安委会办公室、应急管理部、国家消防救援局在京举行2025年全国消防宣传月活动启动仪式。
2025-11-05 04:20
当前,人工智能作为引领新一轮科技革命和产业变革的战略性技术,深刻改变人类生产生活方式。
2025-11-05 03:50
近日,搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,发射任务取得圆满成功。
2025-11-05 04:20
科技论文是衡量科技创新水平的重要指标。
2025-11-05 04:20
近年来,中国审定推出了一批高产稳产、绿色节水、优质专用小麦新品种。2021年,这一情况出现了转变:“圣泽901”“广明2号”“沃德188”等3个国产白羽肉鸡品种通过审定,中国白羽肉鸡育种攻关实现从0到1的实质性突破。
2025-11-04 09:06
党的二十届四中全会提出,“加快高水平科技自立自强,引领发展新质生产力”“加快经济社会发展全面绿色转型,建设美丽中国”。
2025-11-04 04:25
加载更多