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原子分辨率成像揭示了冰为何如此滑

导读 中国多家机构的物理学家团队发现了冰滑的原因。该团队在《自然》杂志上发表的研究中,利用原子力显微镜仔细观察了不同温度下冰的表面。先前...

中国多家机构的物理学家团队发现了冰滑的原因。该团队在《自然》杂志上发表的研究中,利用原子力显微镜仔细观察了不同温度下冰的表面。

先前的研究和大量的传闻证据表明,即使温度远低于冰点,冰仍然很滑。研究表明,这是因为冰表面会形成一层预熔涂层,起到润滑剂的作用。

在这项新研究中,研究小组使用尖端装有一氧化碳原子的原子力显微镜来更好地观察正常冰及其熔前涂层的结构。

研究人员首先将显微镜室内的冰冷却至-150°C,然后用显微镜观察其原子结构。他们发现内部的冰(称为冰Ih)与表面的冰有所不同。

正如预期的那样,Ih 冰呈堆叠的六边形排列。相比之下,表面的冰只有部分呈六边形。研究人员还发现,两种冰的边界处存在缺陷,这是由于不同形状的冰相互接触而产生的。

随后,研究人员略微提高了室内的温度,结果导致无序性加剧,形状差异也变得更加明显。随后,该团队创建了一个模拟,展示了这种无序性将如何影响整个表面——它显示无序性在整个表面扩展,使冰呈现出液体状外观,踩上去会很滑。

研究小组解释道,他们之所以在如此低的温度下进行实验,是因为显微镜必须在真空中操作;较高的温度会导致冰升华,从而难以在原子水平上研究冰。

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