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二维冰的存在的证实及其生长机制的研究
北京大学物理学院量子材料中心江颖、徐莉梅与美国内布拉斯加大学林肯分校曽晓成以及北京大学/中国科学院王恩哥等合作,利用高分辨qPlus型原子力显微镜技术,首次在实验上证实了冰在二维极限下可以稳定存在,将其命名为:二维冰I相,并以原子级分辨率拍到了二维冰的形成过程,揭示了其独特的生长机制。该工作以“Atomic imaging of edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice”为题,于1月2日发表在国际顶级学术期刊《自然》上。图1 (a)南极罗斯海上的厚冰层;(b)自然界最常见冰相(Ice Ih)的分子模型;(c)本工作发现的二维冰(实验结果的3D效果图) 冰是水的常见物态,由水分子规则排列形成,其结构与成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学等众多领域具有至关重要的作用。早在20世纪20年代,英国著名物理学家、X射线发现者Bragg与其它几位科学家就分别利用X射线对冰晶体结构进行了表征,经过了近一百年的研究和探索,迄今人们已经发现了冰的18种晶相(三维冰相),其中自然界最常见的冰相为六角结构的Ice Ih相(图1a 和b)。然而,冰在二维极限下是否能独立稳定存在?这个问题有很大的争议。一般认为在单层极限下,二维冰具有相当数量的未饱和氢键,需要靠与衬底的相互作用来使得结构稳定。但如此一来,二维冰的结构就非常依赖于衬底的结构和对称性,并不是真正意义上的本征二维冰。2015年,石墨烯发现者Andre Geim带领的团队在双层石墨烯间发现了一种与表面结构无关的四方二维冰相(Nature 519, 443 (2015)),引起了学术界的强烈反响,但这种二维冰随后被质疑是NaCl的晶体结构(Nature 528, E1–E2 (2015)),二维冰存在与否一直悬而未决。图2 二维冰岛内部结构的亚分子级分辨成像。a、b图中从左至右,依次为由高至低不同针尖高度下的原子力显微镜实验图和模拟图;c为二维冰结构的模型示意图的俯视图和侧视图。图像尺寸:1.25 nm x 1.25 nm。在大针尖高度条件下,主要利用高阶静电力成像,可以分辨出平躺水分子(暗点)和竖直水分子(亮点);在中间高度条件下,依靠高阶静电力与泡利排斥力的共同作用,可以分辨出图中红色短线所示的氢键指向信息。 在本工作中,研究人员通过精确控制温度和水压,成功在疏水的金衬底(Au(111))上生长出了一种单晶二维冰结构,这种二维冰可以完全铺满衬底(图1c)。研究人员进一步利用基于一氧化碳针尖修饰的非侵扰式原子力显微镜成像技术(non-invasive AFM),借助高阶静电力,实现了二维冰的亚分子级分辨成像,并结合理论计算确定了其原子结构(图2)。结果表明,这种二维冰由两层六角冰无旋转堆垛而成,两层之间靠氢键连接,每个水分子与面内水分子形成三个氢键,与面外水分子形成一个氢键,因此所有的氢键都被饱和,结构非常稳定,与衬底相互作用很弱,是一种本征的二维冰结构。1997年,Koga和曽晓成等人利用分子动力学模拟首次预测了这种“互锁型”双层二维冰(PRL 79, 5262 (1997),昵称:Nebraska Ice,美国Nebraska州的印第安语意:广阔浅平的河水),但一直缺乏确切的结构实验证据。因此,这也是第一种被实验所证实的二维冰结构,研究人员将它正式命名为:二维冰I相。图3 二维冰岛的锯齿状(a)边界和扶椅状(b)边界对应的“搭桥”(bridging)式和“播种”(seeding)式生长模式。生长由1至4依次循环进行,原子力显微镜中的红色箭头表示水分子加入,球棍模型图中的红色结构表示水分子加入形成的新结构。图像尺寸分别为:(a)3.2 nm x 1.9 nm和 (b)3.7 nm x 2.2 nm。 为了进一步揭示二维冰的形成机制,研究人员利用前面发展的非侵扰原子力成像技术对二维冰岛的边界进行高分辨成像,成功确定了二维冰的边界是由未重构的锯齿状(zigzag,图3a所示)边界和重构的扶椅状(armchair,图3b所示)边界构成。同时,研究人员还通过“速冻”技术,在边界上捕获了冰生长过程中的中间态结构,并基于这些中间态边界结构重现了二维冰的形成过程,结合理论计算和模拟提出了二维冰岛锯齿状边界的“搭桥”(bridging)式生长和扶椅状边界的“播种”(seeding)式生长机制。此外,根据理论计算和模拟的结果,研究者认为该生长机制具有一定的普适性,适用于其他疏水的衬底。 二维冰的发现改变了一百多年来人们对冰相的传统认识,开启了探究二维冰家族系列的大门,为冰在低维和受限条件下的形态和生长提供给了全新的图像。同时,二维冰在很多应用领域也有潜在意义。比如:表面上的二维冰可以促进或抑制三维冰的形成,这对于设计和研发防结冰材料具有潜在的应用价值;二维冰中水分子所有的氢键都被饱和,因此与表面的相互作用极小,可以起到超润滑作用,减小材料之间的摩擦;此外,二维冰本身也可以作为一种特殊的二维材料,为高温超导电性、深紫外探测、冷冻电镜成像等研究提供全新的平台。
北京大学 2021-04-11
大陆地壳生长-稳定化与早期板块构造的启动
项目成果/简介:早期大陆的形成演化及其构造机制一直是固体地球科学的基础与前沿科学主题,对于深入认识太阳系类地行星和地球的起源与发展、理解现代地球过程、预知地球未来的演变都有重要意义。板块构造是随着地球壳幔体系的演化和大陆地壳的生长,逐渐发展、建立、成熟起来的。大约在2.7-2.5 Ga前随着全球一批成规模的稳定大陆地壳的出现,标志着全球构造开始了从热构造体制向垂向-横向运动的构造体制转化,开启了地球系统
西北大学 2021-01-12
一种激光辅助低温生长氮化物材料的方法与装备
本发明公开了一种激光辅助低温生长氮化物材料的方法及装备, 该方法将非氮元素的前驱体蒸汽和活性氮源前驱体气体分别输送到反 应腔室内温度为 250 至 800℃的衬底材料处,利用波长与活性氮源分 子键共振波长相等的激光束作用于活性氮源气体,使激光能量直接耦 合至活性氮源气体分子,加速 NH 键的断裂,提供充足的活性氮源, 使非氮元素与活性氮源发生化学反应,沉积第 III 族氮化物膜层材料, 持续作用直到沉积物覆盖整个衬底
华中科技大学 2021-04-14
一种自发成核过程可控式的DAST晶体生长装置
本技术属于溶液法晶体生长设备技术领域,涉及一种有机非线性光学晶体的溶液降温生长方法,特别是一种方形四棱锥底式DAST晶体自发成核生长装置,通过生长装置和底部载晶斜板的特殊设计,大幅增加可用来生长晶体的载晶斜板有效面积,提高DAST晶体生产效率,同时可消除载晶斜板外的自发成核晶体生长,有效提高晶体生长的稳定性,进而大幅改善斜板式自发成核法生长DAST晶体的质量。本发明与现有技术相比,其选用的生长装置结构简单,成本低,组装简便,操作方便,可大幅增加晶体生长缸中用以生长晶体的有效面积,提高DAST晶体生产效率;同时有效控制聚四氟乙烯四棱锥外的自发成核晶体生长,提高晶体生长的稳定性,进而大幅改善自发成核法生长DAST晶体的质量,有效解决了传统斜板式自发成核法中,在斜板之外其它位置容易出现无效的自发成核杂晶生长问题,提高晶体生长的稳定性和生长效率。可望应用于有机晶体的自发成核生长。
青岛大学 2021-04-13
一种利用锡须生长制备一维纳米线的方法
本发明公开了一种利用锡须生长制备一维纳米线的方法,在基片上沉积金属层,利用光刻工艺形成条纹状的纳米级金属细线;将金属细线的两端接电极,通电,促使金属层加速生长晶须得到一维纳米线。本发明能够有效控制纳米级细线的直径大小和长度,生长出来的一维纳米线直径均匀,并直接在基底上生成,有利于三维封装的连接。
华中科技大学 2021-04-11
哈尔滨工程大学饱和蒸汽压测定和临界现象观测实验仪采购项目竞争性磋商公告
哈尔滨工程大学饱和蒸汽压测定和临界现象观测实验仪采购项目竞争性磋商
哈尔滨工程大学 2022-06-06
鹤壁天润 微机全自动量热仪
适用范围: 微机全自动量热仪主要由恒温式量热仪及微机量热控制仪等部分组成,是一种由计算机系统自动控制,并能进行其它数据、文字处理的多功能、高自动化热量测量仪器;具有测量精度高、操作简便、使用可靠等特点,该仪器主要用于建材、生物燃料、污泥沼渣、油品、煤炭、化工、土壤、饲料、食品、木材、炸药等可燃物质发热量的测定。 符合标准: GB/T213-2008《煤的发热量测定方法》 GB/T384-1981《石油产品热值测定方法》 JC/T1005-2006《水泥黑生料发热量测定方法》 ASTM-D5865-2010《煤和焦煤总热值实验方法》 GB/T30727-2014《固体垃圾生物质燃料发热量测定方法》 GB/T 14402-2007 《建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的测定》 ISO 1928-2009《 固体矿物燃料-用弹式量热计测定总值并计算净热值》的要求。 性能特点:     采用微机控制,保持了计算机全部功能,并可使用各种通用软件。可自动标定量热系统的热容量(热容量),测量发热量。输入硫、水分、氢等数据,即可换算并打印出弹筒发热量、高位发热量,低位发热量等结果。 1、内桶无需提出、操作简单、维护方便。单头氧弹,采用套压方法拴装点火丝,方便安全可靠。 2、大容量外筒水箱,具有制冷功能,确保热容量稳定,适应长时间连续做样;采用模块化微循环水散热系统,减少环境对测试精度的影响,能够连续实验,解决了过去压缩机制冷全自动量热仪维护繁杂,易出故障,需专业人士维修的通病,为客户节约大量时间,使测试过程更加简单舒适。 3、设计独特的内筒水精确定量系统,注水、排水自动控制,注水量高度精确,排水干净,确保每次内筒水量一致,有效保证系统的测量精度。 4、采用专利技术,实现水质净化,提高仪器的可靠性; 5、具有高低位、基准换算、平行样、热容量自动计算、人工复算等功能; 6、具有智能终端功能,提供多种网络接入方式,结合数据交互中心实现数据共享,实现实时数据向管理系统上传。 7、部分元器件采用进口元件,进口精密感温探头,温度分辨率达到0.0001K;使整体集成电路更加稳定可靠。 8、氧弹采用耐热、耐腐蚀的镍铬合金钢制作,传热更快。 9、测试速度快,所有数据实测,真实可靠,不采用软件校正改变测试结果。 10、采用先进的串口技术,适应计算机技术的新发展,实现一机多控,相互间测试互不影响,实验的同时可进行数据处理,方便用户查询数据。 11、测试软件全面支持Windows平台,稳定性更好,可联网实现远程数据共享。 12、采用日本原装进口搅拌电机,搅拌匀速稳定,性能可靠,抗干扰能力强。实现自动充水,自动调水温,自动定量,自动搅拌,自动点火,降低人为误差。 13.该款量热仪改进了普通量热仪使用一段时间后,氧弹腐蚀不容易点着火等问题,和危废腐蚀性大,容易毁氧弹等问题。我们采用耐腐蚀合金小氧弹是普通量热仪氧弹的两倍寿命。 技术参数: 使用环境温度范围:0~45℃ 温度分辨率:0.0001K(原装进口产品测温计) 环境湿度:≤85% 精 密 度:≤0.1% 热容量稳定性:三个月内热容量变化≤0.20% 准确度:5次苯甲酸重复测定相对标准差≤0.20% 测试时间:快速法:12min,国标法:15min 电   源:220V±22V、50HZ±1HZ 功   率:≤0.6KW 重    量: 52kg  
鹤壁市天润电子科技有限公司 2026-03-17
鱼类生长的内分泌学和分子生物学研究
主要创新性成果包括:发现鱼类GH分泌活动受多种神经内分泌因 子的调控,其中促性腺激素释放激素(GnRH)、促甲状腺素释放激素(TRH)、多巴胺及其激动剂等都 能刺激GH分泌,而生长抑素(SRIF)则抑制GH分泌;发现刺激GH分泌的神经内分泌因子等通过口服途 径能显著促进GH分泌和提高鱼体生长速率,且这些因子共同使用,其叠加作用产生的促生长效果更为显 著;构建了斜带石斑鱼等鱼类cDNA文库,克隆了生长激素(GH)及其受体,类胰岛素生长因子Ⅰ、Ⅱ (IGF-Ⅰ,IGF-Ⅱ)及其受体,脑垂体腺苷酸环化酶激活多肽(PACAP)、神经肽Y(NPY)、生长素释放 素(ghrelin)等生长相关功能基因;研制了基因重组GH,采用投喂方法证明它能为鱼消化道吸收而促进鱼 体生长。
中山大学 2021-04-10
一种具有多生长因子次第释放特性的组织工程支架
本发明为一种具有多生长因子次第释放特性的组织工程支架,属于药物剂型改变及制备方法技术领域。本发明中,结合微球缓释系统和支架的特点,采用复乳法分别制备BMP-2、VEGF和bFGF等生长因子的PLLA/PEG缓释微球,再利用超临界二氧化碳发泡技术将微球载入PLGA多孔支架中,构建具有可控次第释放特性的组织工程支架。本方法药物活性保持度高,有机溶剂残留量低,操作简单。所制备微球粒度分布窄,具有良好的缓释效果。复合支架孔径分布在150~300μm,连通性好,孔隙率为76.84%,抗压强度为5.11MPa,21天累计释放量为60.6%。本发明制备的支架在组织工程修复体中具有应用前景。
四川大学 2021-04-11
一种具有多生长因子次第释放特性的组织工程支
本发明为一种具有多生长因子次第释放特性的组织工程支架,属于药物剂型改变及制备方法技术领域。本发明中,结合微球缓释系统和支架的特点,采用复乳法分别制备BMP-2、VEGF和bFGF等生长因子的PLLA/PEG缓释微球,再利用超临界二氧化碳发泡技术将微球载入PLGA多孔支架中,构建具有可控次第释放特性的组织工程支架。本方法药物活性保持度高,有机溶剂残留量低,操作简单。所制备微球粒度分布窄,具有良好的缓释效果。复合支架孔径分布在150~300μm,连通性好,孔隙率为76.84%,抗压强度为5.11MPa,21天累计释放量为60.6%。本发明制备的支架在组织工程修复体中具有应用前景。
四川大学 2021-04-11
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