二维冰结构与生长的原子尺度成像研究

作者：马润泽,江颖

摘要：水和冰在自然界中广泛存在,冰的结构与成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学以及行星科学等众多领域具有至关重要的作用,如生物抗冻蛋白的抗结冰机理、抗结冰材料的研制、冰川间的相对滑移、大气臭氧降解催化、云和降水的形成等.这些过程往往与微观尺度上水分子与表面或者水分子之间的相互作用相关.受限于之前的研究方法和手段,尽管存在大量的实验和理论研究,冰成核和生长的微观机理却仍旧存在许多争议与疑问.因此,从原子尺度上对冰结构和成核生长过程进行准确的表征和研究具有极为重要的意义.近期,我们利用非接触式原子力显微镜(Non-Contact Atomic Force Microscope,NC-AFM),通过对qPlus针尖进行化学修饰,借助针尖与水分子之间的高阶静电力和泡利排斥力,成功实现了Au(111)表面上二维冰结构及其边界的高分辨成像,首次在原子尺度上揭示了二维冰成核生长的过程和机理,为疏水金属表面冰的初期生长提供了全新的认识.

发文机构：北京大学物理学院量子材料科学中心

关键词：原子力显微镜二维冰水分子结构生长atomic force microscopy2D icewater moleculestructuregrowth

分类号： TB383.1[一般工业技术—材料科学与工程]