本報(bào)訊 中科院化學(xué)所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王健君課題組，通過(guò)在表面上引入納米成核劑的方法，排除冰晶成核及冰晶生長(zhǎng)過(guò)程中釋放的潛熱對(duì)冰晶形貌的影響，研究了不同浸潤(rùn)性固體表面上的冰晶生長(zhǎng)。相關(guān)成果日前發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》，并被《自然》雜志作為亮點(diǎn)文章報(bào)道。
輸電設(shè)備、飛行器、船舶及地面交通工具等表面結(jié)冰會(huì)影響這些設(shè)備正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)和民生造成巨大損失。2008年年初，我國(guó)南方地區(qū)遭受冰雪災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上千億元。解決冷表面結(jié)冰問(wèn)題的關(guān)鍵是從分子層面理解并控制冰在冷表面上的生長(zhǎng)。冷表面上的冰晶形貌是水分子與固體表面相互作用的結(jié)果。近年來(lái)，不少理論和實(shí)驗(yàn)研究固體表面水分子的微觀結(jié)構(gòu)，但冰晶的宏觀形貌和固體表面水分子的微觀結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系卻是未解之謎。
王健君課題組通過(guò)近8年的時(shí)間，自主搭建了不同尺度下觀察表面冰晶成核、冰晶生長(zhǎng)及冰晶重結(jié)晶等過(guò)程的研究平臺(tái)。最近，他們又研究了不同浸潤(rùn)性固體表面上的冰晶生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)固體表面的接觸角小于一個(gè)臨界值時(shí)，冰晶沿著表面生長(zhǎng)；而當(dāng)固體表面的接觸角大于這個(gè)臨界值時(shí)，冰晶離開表面生長(zhǎng)。
他們還與美國(guó)林肯大學(xué)曾曉成課題組合作，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)固體表面類冰界面水的存在與否是決定冰晶生長(zhǎng)的關(guān)鍵原因；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)和模擬都證實(shí)，冰晶生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)換的臨界接觸角值約為35度，從而建立了界面水的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀冰晶形貌之間的關(guān)系。（柯訊）
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