写道氮杂5月28日2021年
当水与冷表面接触时，它会冻结并变成冰的变化 - 这是已经众所周知的事实。
AntonTamtögl等人的研究结果。导致对冰形成的全新理解：水分子在冻结到冰之前需要额外的能量。图像信用：©Lunghammer - Graz技术大学。
然而，直到现在，实际过程及其微小的细节仍然含糊不清。
冰形成的第一步被称为“成核”，并在令人难以置信的时间内发生，这是十亿分之一的一小部分，当高度移动的单独水分子“找到彼此”并结合。
塔顿Tamtögl，格拉茨理工大学实验物理研究所
传统显微镜相对较慢，以监测水分子的运动，因此，不可能将它们施加到“观察”的方式积聚在固体表面的顶部。
调查结果转向以前了解冰层颠倒
利用计算模拟和新的实验方法，谭尔奇奇大学和萨里大学的研究小组成功地追踪了石墨烯表面上的冰形成初步步骤。
研究人员令人难以置信的观察，即水分子彼此倾向于排斥，并且必须在冰开始形成之前获得足够的能量来克服这种排斥;换句话说，它应该在形成冰之前变热。该研究发表在自然通信杂志。
在一般意义上讲，该研究的牵头作者AntonTamtögl表示，“在冰核期间，水分子之间的排斥力在冰核期间没有考虑 - 这项工作将改变所有这些。“
遵循水分子的“舞蹈”
研究人员通过使用被称为氦旋转回声（HESE）-A方法的技术发现了这种效果，该方法在剑桥的试着试验实验室设计，特别开发用于追踪分子和原子的运动。
机器将氦分散在表面上的移动分子，就像在雷达速度阱中的无线电波的方式分散着车辆。它在散射后记录分散氦的数量及其速度/能量，从而有助于跟踪分子和原子的运动。
HESE实验表明，石墨烯表面上的水分子，即碳的单个原子层，彼此排斥。由于与表面垂直的分子比对相同，发生这种排斥。
这种情况类似于将一对像极相同的磁铁一起带来：它们会强迫自己分开。为了触发冰的成核，两个分子中的一个应该重新定位，只能彼此接近彼此达到。但这种重新定位需要更多的能量，因此代表了应解决的限制，以确保冰晶的生长。
通过计算模拟证实了实验结果，其中绘制了各种配置中的水分子的精确能量，并且估计彼此接近的分子之间的相互作用。
模拟还可以“切换”排斥，从而提供更多的效果证据。理论和实验技术的组合使国际科研人员能够揭示水分子的行为。
这项方法首次精确地捕获了在表面演变的冰形成的初始步骤，最终使团队能够建议以前不熟悉的物理机制。
对其他字段和应用的相关性
研究人员还提出，最近观察到的效果可能会在其他种类的其他表面上更广泛地进行。
“我们的研究结果为新的策略铺平了控制冰形成或防止糖化的新策略“添加了Tamtögl，例如，尤其是用于电信，航空或风力的表面处理。
在冰形成时解释在工作中的微观过程也至关重要，以估计冰的熔化和形成，从冰川和冰片中的单独晶体。在这种情况下，后者对一个人对全球变暖和气候变化的衡量环境转化的能力是显着的。
该研究已经存档在专业领域“先进的材料科学”，这是五个研究灶之一欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球格拉兹理工大学。
期刊参考：
Tamtög，A.，等。（2021）水单体的运动揭示了石墨烯上的冰核的动力学屏障。自然通信。doi.org/10.1038/s41467-021-23226-5。
来源：https://www.tugraz.at/en/