中科院&國科大最新Nature: 利用氧化石墨烯納米片探測冰的臨界成核尺寸

【引言】

水的結冰在生活中是常見的現象，該現象在氣候變化、化學工業、低溫生物學和材料科學等領域均有巨大的影響力。冰的成核則是水結冰現象中的關鍵步驟，在而近一個世紀中，人們一直認為臨界冰核的形成是這一成核步驟的必要條件。然而，由于冰核的納米尺度大小以及轉瞬即逝的特性，一直以來缺乏直接的實驗證據來證明冰核的存在

【成果簡介】

中科院化學所的王健君和國科大的周昕（共同通訊作者）等人報道了包含有尺寸可控的氧化石墨烯納米片水滴中冰成核現象。文章揭示了當這一納米片在超過臨界尺寸時能夠深刻影響冰成核過程。通過實驗數據和理論計算，研究人員推斷當納米片表面出現足夠大的石墨烯氧化物時，氧化石墨烯的臨界尺寸能夠反映臨界冰核的尺寸，并且引發符合經典成核理論的冰形成行為。而相反地，若石墨烯氧化物的尺寸小于臨界冰核尺寸時，石墨烯氧化物則會影響干擾冰核的生長。這一結果為臨界冰核的存在提供了實驗證據，并為探測更多的成核過程提供了新的方法和視野。2019年12月18日，相關成果以題為“Probing the critical nucleus size for ice formation with graphene oxide nanosheets”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 尺寸可控的氧化石墨烯

圖2 氧化石墨烯的冰成核行為

圖3納米片冰成核現象中的轉變行為

圖4 氧化石墨烯納米片上冰成核自由能壘的變化

文獻鏈接：Probing the critical nucleus size for ice formation with graphene oxide nanosheets（Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1827-6）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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