本報訊 中科院化學(xué)所綠色印刷院重點實驗室王健君課題組，通過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過程中釋放的潛熱對冰晶形貌的影響，研究了不同浸潤性固體表面上的冰晶生長。相關(guān)成果日前發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》，并被《自然》雜志作為亮點文章報道。
輸電設(shè)備、飛行器、船舶及地面交通工具等表面結(jié)冰會影響這些設(shè)備正常運行，嚴(yán)重時對經(jīng)濟和民生造成巨大損失。2008年年初，我國南方地區(qū)遭受冰雪災(zāi)害，直接經(jīng)濟損失達上千億元。解決冷表面結(jié)冰問題的關(guān)鍵是從分子層面理解并控制冰在冷表面上的生長。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，不少理論和實驗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。
王健君課題組通過近8年的時間，自主搭建了不同尺度下觀察表面冰晶成核、冰晶生長及冰晶重結(jié)晶等過程的研究平臺。最近，他們又研究了不同浸潤性固體表面上的冰晶生長。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)固體表面的接觸角小于一個臨界值時，冰晶沿著表面生長；而當(dāng)固體表面的接觸角大于這個臨界值時，冰晶離開表面生長。
他們還與美國林肯大學(xué)曾曉成課題組合作，通過分子動力學(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的關(guān)鍵原因；同時，實驗和模擬都證實，冰晶生長模式轉(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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