في الأيام الباردة، وبخار في الهواء يمكن تحويلها مباشرة إلى جليد صلب أودعت طبقة رقيقة من الجليد على سطح من الزجاج الأمامي للسيارات أو غيرها من زجاج النافذة. هذه العملية، على الرغم من أن شائعا، ولكن على مدى عقود كان مشغولا للغاية مع الفيزيائيين والكيميائيين لمعرفة التفاصيل. ورقة بحثية جديدة في "الطبيعة" التي نشرت في دورية، فريق دولي من العلماء يصف التركيب الذري في التصور أول ثنائي الأبعاد من تشكيل الجليد. هي التي تحرك هذه النتائج عن طريق المحاكاة الحاسوبية، مستوحاة العمل التجريبي، والبصيرة تم الحصول عليها من هذه النتائج.

يمكن في يوم من الأيام توفير المعلومات لتصميم المواد، وعملية إزالة الجليد أسهل وأقل تكلفة. مؤلف الدراسة في جامعة بنسلفانيا، في كيمياء الغلاف الجوي جوزيف S فرانسيسكو (جوزيف S.Francisco) قال: أجد أن الشيء المثير جدا هو أنه يتحدى النظرة التقليدية لكيفية الجليد ينمو، وفهم هذا الهيكل الماء مهم جدا في البلدان المنخفضة الدخل الأبعاد الفضاء الطبيعة في كل مكان، وأنه يلعب دورا رئيسيا في مجموعة واسعة من المجالات العلمية، بما في ذلك علوم المواد والكيمياء والبيولوجيا وعلوم الغلاف الجوي، بما في ذلك لا يصدق.

كما أن لديها أهمية عملية، على سبيل المثال، أشياء مثل توربينات الرياح، والجليد دي أمر بالغ الأهمية لتوربينات الرياح لا يمكن ان تلعب دورا عندما يتم تغطيتها من قبل الجليد. إذا فهم التفاعل بين الماء والسطح، ثم يمكننا أن تطوير مواد جديدة، دي الجليد-أسهل. في السنوات الأخيرة، استثمرت فرانسيسكو مختبر جهدا كبيرا لمياه الدراسة، خصوصا الجليد على سلوك واجهة سطح صلب. علم المعرفة حول آلية النمو الجليد وهيكل في هذا السياق، والجليد يساعد على فهم في هذه الحالة أكثر تعقيدا هو كيف يمكن للأداء.

على سبيل المثال، عند التعامل مع المواد الكيميائية الأخرى في الغلاف الجوي وبخار الماء. مهتما الباحثون في عملية بخار الكيميائية التحول من الجليد، لأنه يعتمد على رد فعل في الغلاف الجوي يدور مع. من أجل فهم المبادئ الأساسية لنمو الجليد، والباحثين في هذا المجال من البحث من خلال دراسة هيكل ثنائي الأبعاد: سوى عدد قليل من جزيئات الماء سميكة الجليد. في دراسة سابقة الجليد ثنائية الأبعاد، وذلك باستخدام طرق حسابية وتظهر الدراسات أن نمو سطح الجليد يعتمد صد أو جذب الماء، وبنية السطح. في الدراسة الحالية، ونحن نسعى للتحقق من صحة التناظرية في العالم الحقيقي والاتصال فريق من جامعة بكين:

معرفة ما اذا كان يمكن الحصول على صورة ثنائية الأبعاد من الجليد، من فريق البحث في جامعة بكين استخدام قوة مجهر القوة الذرية، والذي يستخدم مسبار الميكانيكية إلى "يشعر" الكائن المادي درس، وردود الفعل إلى قرار نانو النطاق من الصورة. هيكل AFM لالتقاط المعلومات على المواد نفسها يقلل من حالة اضطراب، مما يتيح للعلماء تحديد بنية عدم الاستقرار وسيطة أو حتى التي تحدث خلال تشكيل الجليد. تقريبا كل الجليد على الأرض بشكل طبيعي، يكون هيكلها سداسية كما هو معروف الجليد سداسية، وهذا هو السبب الثلج هي أسباب التماثل ستة أضعاف.

طائرة ثنائية الأبعاد لهيكل الثلج سداسية تشبه الجليد، فإنه قد تنتهي عند حافة نوعين: "متعرجة" أو "كرسي". عادة، وهذا هو طائرة نهاية الجليد الطبيعي حافة مسننة. ومع ذلك، عندما النمو الجليد في بعدين، وجد الباحثون أن أنماط النمو المختلفة. في الوقت الحاضر أول دراسة تظهر أن حافة "كرسي" يمكن أن يستقر، وتتبع نموها طريقا رد فعل جديد، الذي يعرف آليات مختلفة تماما. في حين كان يعتقد سابقا نمط النمو جزيء الماء متعرج فقط حلقة، ومجهر القوة الذرية ستة membered واحتساب كل من الكشف عن مرحلة وسيطة التي وجود عصابة خماسية.

النتائج قد تساعد على تفسير الملاحظات التجريبية التي أعلن عنها في ورقة PNAS، وجدت الدراسة أن الجليد يمكن أن تنمو بطريقتين مختلفتين على السطح، اعتمادا على خصائص السطح. بالإضافة إلى تقديم رؤية للمستقبل لصالح إزالة الجليد تصميم المواد، والتكنولوجيا المستخدمة في هذه الدراسة تنطبق ايضا على الجليد ثنائي الأبعاد استكشاف خارج فئة كبيرة من النمو المادي ثنائي الأبعاد، مما يفتح هيكل وديناميكية لتصور المواد منخفضة الأبعاد طريقة جديدة. العمل ثنائي الأبعاد هو وضع الخلفية الأساس، والتحقق التجريبي من هذه الحسابات هي جيدة جدا، لأنه يسمح لنا بالعودة إلى الحساب، وقد اتخذت الخطوة التالية نحو جريئة ثلاثي الأبعاد.

الديباج بارك | البحوث / من: جامعة ولاية بنسلفانيا

مجلة إشارة "الطبيعة"

دوى: 10.1038 / s41586-019-1853-4

الديباج بارك | علوم والتكنولوجيا والبحوث والعلوم