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科技日報記者 陸成寬
自然界中水結(jié)冰等相變現(xiàn)象非常普遍。30日，記者從中國科學(xué)院物理研究所獲悉，來自該所與北京大學(xué)等單位的研究人員，首次通過實驗證實水結(jié)晶成冰時可以直接形成立方冰，澄清了關(guān)于立方冰能否自然形成的爭議。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然》雜志。
在自然界中，我們常見的冰都呈六角片狀，被稱為六角冰。早在1935年，諾獎得主、美國著名化學(xué)家萊納斯·鮑林就曾預(yù)言還存在另一種形狀的冰——立方冰。“然而，單晶、純相的立方冰是否自然存在，一直都是科學(xué)界廣泛關(guān)注但懸而未決的爭議問題。”中科院物理所研究員白雪冬坦言。
通過研發(fā)原位冷凍電鏡技術(shù)，結(jié)合原子分辨像差校正電鏡技術(shù)和低劑量電子束成像技術(shù)，研究團(tuán)隊成功以分子級分辨率觀測了冰的生長結(jié)晶過程：在低溫冷盤上，氣相水凝結(jié)成冰晶時，立方冰優(yōu)先形核生長，同時六角冰也在獨立形核生長。
“我們通過實驗證實了水結(jié)晶變成冰的過程中，可以形成各種形貌不一的單晶立方冰。”中科院物理所副研究員王立芬說，但是，隨著時間的增加，在冰晶整體中，六角冰的占比會逐漸增加。據(jù)此，研究人員認(rèn)為，自然界中無處不在的異質(zhì)界面，比如灰塵、礦物質(zhì)的表面，在立方冰的形成中起著重要作用。
白雪冬表示，這項研究對冰晶結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理研究、冰晶合成與應(yīng)用控制具有重要意義。
立方冰的分子級成像及形核結(jié)晶過程。圖片由中科院物理所提供
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