科学家首次揭示冷表面冰晶生长模式

中科院化学所绿色印刷研究所重点实验室王建军课题组通过在表面引入纳米成核剂来消除冰晶成核和冰晶生长过程中释放的潜热对冰晶形貌的影响，研究了冰晶在不同浸润固体表面的生长。相关结果最近发表在《美国国家科学院院刊》上，并被《自然》杂志报道为一篇重点文章。

输电设备、飞机、船舶和地面车辆表面结冰会影响这些设备的正常运行，严重时会给经济和人民生活造成巨大损失。2008年初，中国南方地区遭受了冰雪灾害，造成了数千亿元的直接经济损失。解决冷表面结冰问题的关键是在分子水平上理解和控制冷表面结冰。冷表面冰晶的形态是水分子与固体表面相互作用的结果。近年来，人们已经进行了许多理论和实验来研究固体表面水分子的微观结构，但是冰晶的宏观形态和固体表面水分子的微观结构之间的关系仍然是一个未解之谜。

王建军的研究团队独立搭建了一个研究平台，在过去的8年里，在不同的尺度上观察表面冰晶成核、冰晶生长和冰晶再结晶的过程。最近，他们还研究了冰晶在不同渗透固体表面的生长。发现当固体表面的接触角小于临界值时，冰晶沿表面生长。当固体表面的接触角大于这个临界值时，冰晶就会远离表面生长。

他们还与美国林肯大学的曾·程潇研究小组合作，通过分子动力学模拟发现固体表面类冰界面上存在水是决定冰晶生长的关键原因。同时，实验和模拟证实了冰晶生长模式转换的临界接触角值约为35度，从而建立了界面水的微观结构与宏观冰晶形态之间的关系。(科尔津)

《中国科学新闻》(第一版集锦，2017年12月14日)