二维冰Ⅰ相的结构和生长

摘要：

水是自然界中分布最广泛的物质之一.冰是水分子规则排列形成的常见物态,其结构与成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学等众多领域具有至关重要的作用,例如,生物抗冻蛋白的抗结冰机理、抗结冰材料的研制、冰川之间的相对滑移、大气臭氧降解催化、云和降水的形成等.20世纪20年代初,英国著名物理学家Bragg与其他几位科学家分别利用X射线对冰晶体结构进行表征,为在分子尺度上对冰晶体结构以及冰成核生长的研究做出了奠基性贡献.经过近100年的研究和探索,迄今人们已经发现了冰的18种晶相(三维冰相),其中自然界最常见的冰相为六角结构的Ice Ⅰh相.然而,冰在二维极限下是否能稳定存在?这个问题有很大的争议.一般认为,在单层极限下,二维冰具有相当数量的未饱和氢键,需要靠与衬底的相互作用来使得结构稳定.但如此一来,二维冰的结构就非常依赖于衬底的结构和对称性,并不是真正意义上的本征二维冰.我们利用高分辨qPlus型原子力显微镜技术(atomicforce microscopy,AFM,图1(a)),首次在实验上证实了冰在二维极限下可以稳定存在(命名为二维冰Ⅰ相),并以原子级分辨率捕捉到了二维冰的形成过程,揭示了其独特的生长机制,该研究成果发表于Nature[1].

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在线出版日期：2020-05-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共3页

页码：425-427