使用in-situ cryo-TEM进行异质冰核和结晶路径的分子解析映射
Zibing Wang1,2, Zifeng Yuan3, Mouyang Cheng3
1Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190, China.
Nature communications
|August 9, 2025
概括
冰在寒冷表面的形成是通过无障碍,吸附介导的途径发生的. 这项研究揭示了异质冰核形成和生长所涉及的分子步骤,为结晶过程提供了新的见解.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 物理化学 物理化学
- 地质物理学 地质物理学
背景情况:
- 结晶在许多科学学科中至关重要.
- 冰的形成机制,特别是异质核形成,仍然不太清楚.
- 了解冰核形成对从气候科学到材料工程等领域至关重要.
研究的目的:
- 阐明在低温,低压条件下形成冰的分子机制.
- 开发一个分子分辨率测绘和热力学框架,用于沉积结.
- 调查非经典的核化路径和界面能量学的作用.
主要方法:
- 在现场结合低温传输电子显微镜 (cryo-TEM).
- 使用分子动力学 (MD) 模拟.
- 将实验观察与理论建模相结合,进行全面的分析.
主要成果:
- 证明了异质冰核形成的吸附介导,无障碍的途径.
- 确定了一系列的步骤:无形冰吸附,冰I核化/增长,奥斯瓦尔德成熟,沃尔夫构造和凝聚.
- 展示了界面自由能量最小值在冰形成中的支配作用.
结论:
- 提供了对异质冰核化机制的直接分子层面的见解.
- 扩大了对非经典核化途径的理解.
- 突出了界面能量学对冰晶形态和质量的关键影响.


