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

  • 暑期海南离岛免税购物金额38.2亿元

  • 华为时隔六年再次发布高性能芯片

独家策划

推荐阅读
慕思以“焕活芯生,越睡越懂你”为主题发布年度新品。
2026-09-08 21:10
金星没有卫星。但预印本平台arXiv近日公布的一项模拟研究显示,它在近20亿年的时间里可能拥有过一颗卫星,直到最后将其吞噬。厘清这一过程,有助于了解金星过去的宜居性。
2026-09-08 10:19
近日,生态环境部、科技部、中国人民银行、国务院国资委、金融监管总局等五部门联合印发《关于推动生态环境领域科技创新多元化投入的指导意见》。
2026-09-08 10:13
近日,由中国科学院紫金山天文台、国家天文台、清华大学等组成的研究团队,利用“中国天眼”(FAST)、南非MeerKAT射电望远镜和加拿大—法国—夏威夷光学望远镜,首次在银河系一个古老疏散星团的潮汐尾中直接识别出一颗脉冲星。
2026-09-08 10:04
日前,在国家科技传播中心举办的“新天工开物”科技成就发布会上,曹新有带来了三粒麦种——“济麦22”“济南17”“济麦44”,它们种出的麦子,可不止香在嘴里。
2026-09-08 10:03
北京大学城市与环境学院彭书时、物理学院沈路路研究团队联手国内外合作者首次阐明了甲烷“平台期”的维持机制:排放在涨,只是大气里清甲烷的“清洁队”恰好扩编了。
2026-09-08 10:02
从丝绸、茶叶、瓷器、中药,到酿造、工艺美术、文房四宝,这些文化底蕴深厚的中华传统特色产业均属于历史经典产业。
2026-09-07 17:14
延续已久的“手工科研”模式正在被一种全新的力量改写。
2026-09-07 16:44
一根通体透明的“玻璃棒”——看着像玻璃,其实它叫光纤预制棒,是生产光纤的核心原材料。2011年,我们开启了基于VAD(轴向气相沉积法)/OVD(棒外化学气相沉积法)工艺的大尺寸光纤预制棒自主研发的漫长征途。
2026-09-07 09:40
脑机接口是在大脑与外部设备之间建立直接信息通路的技术系统。“‘北脑一号’的初始版本采用128通道无线全植入柔性电极,电极贴附在硬脑膜外,兼顾安全性和有效性。”罗敏敏说,在可预见的未来,脑机接口有望实现从人脑与人工智能、机器人深度协同,拓展到健康人群的认知、感知增强等。
2026-09-07 09:38
距今约5000至4000年,大麦、小麦、牛与羊等驯化动植物在亚欧大陆的东西两端双向流动,构建起史前时期一幅跨大陆农牧业交流图景。“这表明,麦作农业和技术自新月沃地传入甘肃,可能并不直接伴随着来自西方的大规模人群流入。
2026-09-07 09:29
火红的钢坯从连铸机中源源不断送出,切割枪落下,每一段坯料的目标误差控制在0.2%以内,不超过一根头发丝的直径。从人工经验到数据驱动,从单点突破到全流程协同,从单一学科到交叉融合,安徽工业大学正在为钢铁行业装上“智慧大脑”。
2026-09-07 09:25
2016年,我到法国留学攻读应用科学与技术博士学位。回国后我进入人形机器人领域,发现品牌思维已深入人心。
2026-09-07 09:24
草案不仅从法律上承认自动驾驶的合法身份,解决了“它是什么”的问题,还为其设立行为规范,发放“法律身份证”。
2026-09-04 09:17
开学后,一些孩子坐进教室才发现,黑板上的字看不清了,验光后发现近视。有些家长听说OK镜可以“晚上戴、白天摘”,还有助于延缓近视进展,准备给孩子配一副。孩子能不能佩戴OK镜?需要注意什么?
2026-09-04 09:32
据《自然》近日报道,根据9月1日联合国环境规划署(UNEP)发布的一份报告,按照当前的排放趋势,本世纪全球气温将较工业化前水平上升约1.8℃,这已是预期的最好结果。
2026-09-04 09:26
人类对寻找地外生命的执着,不仅是要证明人类并非宇宙“孤儿”,更重要的是,这可能带来能源、医学等领域的颠覆性突破。
2026-09-04 09:16
大地测量是国家安全的“隐形防线”,是航空航天和深空探测的“眼睛”,是国家基础设施建设的“尺子”和“秤”。
2026-09-04 09:17
全面了解我国管辖海域基础地质与海底构造特征,服务自然资源管理和国土空间规划“一张图”建设
2026-09-03 11:41
为更好地推动我国流感疫苗的预防接种,中国疾病预防控制中心近日发布《中国流感疫苗预防接种技术指南(2026—2027)》。
2026-09-03 11:39
加载更多