科技日报记者陆成宽
“冰冻三尺,非一日之冷”,天然界中水结冰等相变现象很是遍及。19日,《天然》颁发了一项关于天然界中相酿成核现象的研究功效。来自中科院化学所和国科年夜等单元的研究职员,初次经由过程尝试证实了水结冰进程中临界冰核的存在,并给出了临界冰核的尺寸和过冷温度的关系,这一功效与经典成核理论预言高度契合。
美国物理化学家吉布斯等人100多年前基于热力学道理,提出的相变“经典成核理论”以为,水结冰这类相变需要颠末一个成核进程。例如,水过冷构成小冰核,只有当构成的冰核偶尔跨越临界尺寸,构成临界核时,相变才能自觉产生。可是,百年来科学家始终没法验证临界核的存在。
临界冰核具有需要期待很长时候才可能呈现的偶尔性、存在寿命小于纳秒的瞬时性和纳米级尺寸的微不雅性,使得现有的微不雅探测手艺很难捕获到它。这同样成为数十年来的研究难点。此次研究团队缔造性地利用氧化石墨烯纳米片等固定尺寸的纳米颗粒往探测临界冰核,尝试连系理论计较,简练清楚地获得了临界冰核的尺寸。
“这项尝试研究所得成果与理论计较高度符合,和利用纳米颗粒种类、材质等身分无关,结论具有普适性,不但肯定无疑地证实了临界冰核的存在,并且可以成为研究其他相酿成核题目的遍及方式。”中科院化学所研究员王健君说。
王健君暗示,这项研究在理论上加深了对水结冰机理、相变现象甚至统计物理中宏不雅和微不雅关系等方面的理解;同时,在细胞和组织的低温冻存、保持疫苗在出产和输运进程中的高活性和飞机等交通东西的防冰涂层上有主要利用价值。
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