冰的融化域大小和再结晶动态由时间解析的X射线散射揭示
Cheolhee Yang1, Marjorie Ladd-Parada2,3, Kyeongmin Nam1
1Department of Chemistry, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, Gyeongbuk, 37673, Republic of Korea.
Nature communications
|June 14, 2023
概括
超快速激光加热揭示了冰融和超热的动态. 时间解析的X射线散射捕捉了微秒时间尺度上的液域凝聚和随后的再结晶.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 物理化学 物理化学
- 凝聚物质物理学 凝聚物质物理学
背景情况:
- 阶段过渡,例如从水变成冰,是基本的自然过程.
- 了解冰融和再结晶的动态对于各种科学领域至关重要.
研究的目的:
- 通过时间解析的X射线散射来研究冰的超快速融化和再结晶动态.
- 为了确定融化分数,温度和液态域在冰相过渡期间的演变.
主要方法:
- 时间分辨率的X射线散射实验利用红外激光脉冲进行超快加热和X射线脉冲进行探测.
- 分析广角X射线散射 (WAXS) 模式,以确定化物分数和温度.
- 分析小角度X射线散射 (SAXS) 模式,以追踪液体域的大小和数量.
主要成果:
- 观察到部分融化 (~13%) 和冰在20纳秒左右超热.
- 记录了液体域从2.5纳米增长到4.5纳米,通过100纳秒后大约六个域的凝聚.
- 由于散热而导致的微秒时间尺度上捕获液体域的再结晶.
结论:
- 这项研究为冰融和再结晶的动力学提供了直接的结构洞察力.
- 超快速加热会诱导超热和域凝聚,然后再进行微秒级的再结晶.
- 时间解析的X射线散射是研究材料动态相变的强大技术.


