水滴是如何结冰的？—北师大孙刚教授研究组最新《自然·通讯Bet365 - Online Sports Betting

2025-05-20 02:33:04

　　Bet365 - Online Sports Betting(访问: hash.cyou 领取999USDT）

　　早期的研究都认为由于气-液界面的存在，液体水分子的空间对称性被破坏，不利于形成冰结构最基本的正四面体单元，因此自由表面不利于水的结冰。2017年普林斯顿大学的Pablo G. Debenedetti 教授及其合作者利用加强抽样的方法发现纳米水膜的结晶速率要快于体相水。这意味着气-液界面的出现能够促进水膜或水滴的结晶。由于液体水的微观结构描述十分复杂，Debenedetti 教授及其合作者没能在分子层面找到合理的微观解释。但是他们的结果一石激起千层浪，让自由表面能否促进水结冰的争议再度升温。孙刚教授在前人的基础上，仔细分析了气-液界面对液体性质的影响，利用经典分子动力学模拟的方法，直接从微观角度观测到了自由表面促进结晶的过程。他们发现水结冰不是在自由表面上，而是在靠近表面的区域（如图1所示）。

　　研究发现，气-液界面的存在不仅破坏了体相液体水分子的结构对称性，还造成了压强分布的不均匀，尤其是在靠近表面附近出现负压区（如图2和图3所示）。对于水等一类的四面体类型液体，由于在结晶过程中体积会发生膨胀，（在一定范围内）压强越低越有利于结晶，尤其是负压更有利于这类液体形成有序的局域结构。 此外，自由表面附近水的微观结构不同于体相，由于表面结构的扭曲，利用旋转对称性的描述结构的传统方法不再适用。孙刚教授及其合作者提出了新的几何结构的描述方法，环分析法。这种方法能够更准确的表征界面附近水分子的有序化结构，即一种与冰的第零相对称性相似的有序结构(Ice0-like precursor)。这种隐藏在自由表面附近的有序结构是水结晶过程中的重要前驱体，在结晶过程中发挥着重要的促进作用。

【返回列表】