二维冰存在首获证实 研究揭示其特殊生长机制

近百年来，人类找到了冰的18种三维结构，其中最少见的就是六角形的冰相，例如绽放的雪花、解暑的冰块、南极的厚冰层。但自然界否有平稳不存在的二维冰，仍然缺少清楚的实验证据。北京大学、美国内布拉斯加大学林肯分校以及中国科学院的研究团队，利用高分辨qPlus型原子力显微镜技术，首次在实验上证实了二维冰的不存在，并以原子级分辨率拍下了二维冰的构成过程，说明了了其类似的生长机制。该成果2日公开发表于国际顶级学术期刊《大自然》。

　　在此次研究中，科研人员准确掌控温度和水压，在亲水性的金衬底上，首次生长出有这种单晶二维冰结构。他们将非袭扰式原子力显微镜光学技术运用于二维冰的亚分子级辨别光学，再行融合理论计算出来确认了其原子结构。　　“结果表明，二维冰由两层六角冰无转动填充而出，两层之间靠氢键相连，每个水分子与同一层的水分子构成三个氢键，与上下层的水分子构成一个氢键，因此所有的氢键都被饱和状态，结构十分平稳，是一种可以独立国家不存在的‘自饱和状态’二维冰。”文章通讯作者之一、北京大学量子材料科学中心教授江颖说道，这也是第一种被实验证实的二维冰结构，研究人员将它命名为“二维冰I互为”。

　　怎样才能看见二维冰的构成？研究人员将二维冰从零下153摄氏度“速冻”到零下268摄氏度，把冰生长过程中的一系列中间状态失效下来，并对其展开平稳的光学，明确提出了二维冰岛锯齿状边界的“脑瘤”式生长和扶椅状边界的“采收”式生长机制。　　二维冰的找到不仅挑战了100多年来人们对冰相的传统了解，而且应用于前景辽阔。

“如果有二维冰不存在，三维冰会贴满表面生长，十分巩固。但如果没二维冰，构成的三维冰与表面接触面较小，很更容易被风回头。我们可以根据二维冰的结构更加有针对性地设计和研发以防结冰材料。

”江颖指出，利用二维冰，可以增大材料之间的摩擦。此外，二维冰可以作为一种类似的二维材料，为高温超导电性、浅紫外观测、冷冻电镜光学等研究获取全新平台。

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