RW Space

Прямо на молекулярном уровне водяной лед может образовываться из самых разных структур. Хотя все они довольно похожи по внешнему виду, различия в их свойствах означают, что разные структуры затвердевшего H₂O могут реагировать и вести себя по-разному.

Одна из таких фаз называется кубической. льда, и это является предметом продолжающихся научных дискуссий. На самом деле, некоторые исследователи даже задаются вопросом, существует ли он на самом деле. Лед, который ранее описывался как в основном кубический, на самом деле может быть смесью, содержащей другие, более распространенные типы льда.

В новом исследовании ученые из Китайской академии наук (CAS) и других учреждений утверждают, что создать довольно чистый кубический лед — или Ice Ic, если использовать его технический термин. Выводы могут иметь значение во всем, от изменения климата до материаловедения.

«[T]Вот давняя дискуссия о том, может ли вода замерзнуть, чтобы сформировать кубический лед — в настоящее время неописанная фаза в фазовом пространстве. обычного шестиугольного льда», — пишут исследователи в опубликованной статье.

Фаза льда определяется условиями окружающей среды, такими как температура и давление, которые влияют на его формирование. В кубическом льду молекулы воды и кристаллы льда расположены кубическим образом, отсюда и название.

Используя технику, известную как просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), команда исследовала образование льда на двухмерных листах углерода. называется графеном при очень низких температурах. ПЭМ использует пучки электронов и их реакции для изображения объектов в молекулярном масштабе.

Сформировавшийся лед был в основном кубическим льдом, с меньшим количеством более правильного шестиугольного льда (Лед Ih) рядом с ним. Ученые говорят, что образование двух ледяных фаз может дать ученым понять, почему кубический лед не проявлялся должным образом в прошлых экспериментах.

«Наблюдаемые чистофазные монокристаллы полностью демонстрируют гетерогенное зародышеобразование чистофазного льда Ic при текущей условия», — пишут исследователи.

Переходов между кубическим и шестиугольным льдом не наблюдалось, сообщает команда, и кубический лед оставался стабильным в условиях эксперимента; 102 Кельвина (-171 градус Цельсия или -276 градусов по Фаренгейту). Эта стабильность была проблемой в прошлом.

Как показывает этот эксперимент, кубический лед с большей вероятностью образуется при очень низких температурах, намного ниже тех, которые вы могли бы получить в домашнем морозильнике. Это означает, что понимание важно для изучения льда в верхних слоях атмосферы, льда, используемого для криоконсервации, и так далее.

Дело еще не закрыто, и исследователи признают, что необходимы дальнейшие исследования. чтобы подтвердить существование и свойства кубического льда, в том числе то, как его дефекты могут влиять на его поведение.

«Изучение структуры и динамики дефектов во льду Ic обеспечивает ключевой шаг к пониманию пластичности льда при на молекулярном уровне», — пишут исследователи.

Исследование опубликовано в Nature.