เป็นที่ทราบกันดีว่าไอน้ำในอากาศสามารถเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งได้โดยตรงในวันที่อากาศหนาว ก่อตัวเป็นชั้นบางๆ บนพื้นผิว เช่น กระจกหน้าต่างหรือกระจกหน้ารถ อย่างไรก็ตาม กระบวนการทั่วไปนี้ไม่ค่อยเข้าใจนัก และทีมนักวิจัยในจีนและสหรัฐอเมริกาได้ค้นพบวิธีใหม่ที่สามารถเกิดขึ้นได้ ทีมงานได้ศึกษาว่าน้ำแข็งเติบโตอย่างไรในสองมิติบนพื้นผิวโดยใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมแบบ
ไม่สัมผัสรวมกับการคำนวณทางทฤษฎี
การค้นพบของพวกเขาสามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในการออกแบบวัสดุที่สามารถเอาน้ำแข็งออกได้ง่ายกว่า และอาจขยายเทคนิคของพวกมันไปยังวัสดุ 2D อื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุที่มีโครงสร้างขอบ metastable และปานกลางหลายแบบน้ำมิติต่ำจะเกิดขึ้นเมื่อน้ำถูกจำกัดอยู่ที่ส่วนต่อประสานระหว่างพื้นผิวที่เป็นของแข็งทั้งสอง มีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติและมีบทบาทสำคัญในหลายแขนง รวมทั้งวัสดุศาสตร์ เคมี ชีววิทยา และวิทยาศาสตร์บรรยากาศ การรู้โครงสร้างของมันจึงสำคัญมาก
น้ำแข็งหกเหลี่ยม 2 มิติ 2 มิติในงานของพวกเขา นักวิจัยนำโดยYing JiangและEnge Wangจากมหาวิทยาลัยปักกิ่งร่วมกับXiao Cheng ZengจากUniversity of Nebraska-Lincolnได้ถ่ายภาพน้ำแข็ง 6 เหลี่ยม 2 มิติ 2 มิติที่มีความหนา 2.5 Å (ซึ่งสอดคล้องกับน้ำ 2 ก้อน) ชั้น) ที่พวกมันเติบโตบนพื้นผิว Au(111) ที่ไม่ชอบน้ำที่อุณหภูมิประมาณ 120 K. เทคนิค non-contact atomic force microscopy (AFM) ที่พวกเขาใช้นั้นใช้เซ็นเซอร์ “qPlus” ที่ใช้ส่วนปลายเชิงกลที่ทำงานด้วย โมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์
เนื่องจากปลายยอดมีความยืดหยุ่นสูงเป็นพิเศษและลักษณะที่อ่อนแอของแรงไฟฟ้าสถิตที่มีลำดับสูงระหว่างส่วนปลายและน้ำแข็ง ทิปจึงโต้ตอบกับตัวอย่างน้ำเพียงเล็กน้อยเท่านั้น สิ่งนี้จำกัดความเสียหายต่อโครงสร้างที่เปราะบางซึ่งก่อตัวที่ขอบน้ำแข็ง และทำให้นักวิจัยได้ภาพโครงสร้างขอบกลางที่ไม่เสถียรซึ่งอะตอม H และ O ของน้ำสามารถแยกแยะได้ เพื่อขยายเวลาการถ่ายภาพ พวกเขาทำให้ตัวอย่างเย็นลงเหลือ 5 K เมื่อการเติบโตของน้ำแข็งหยุดลง แช่แข็งพวกมันก่อนที่จะสร้างภาพด้วย AFM ด้วยวิธีนี้ พวกเขาสามารถสร้างกระบวนการเติบโตน้ำแข็งขึ้นใหม่ด้วยความแม่นยำของอะตอม
ซิกแซกและเก้าอี้นวมน้ำแข็งหกเหลี่ยมเป็นน้ำแข็ง
หลักที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนโลก และการจัดเรียงโมเลกุลของน้ำนี้เป็นสาเหตุที่ทำให้เกล็ดหิมะทั้งหมดมีความสมมาตร 6 เท่า ระนาบฐานของน้ำแข็งรูปแบบนี้มีโครงสร้างที่คล้ายกับน้ำแข็ง 2 มิติมาก และสามารถสิ้นสุดในขอบสองประเภท เรียกว่า “ซิกแซก” และ “เก้าอี้นวม” ขอบซิกแซกมักจะมีอำนาจเหนือกว่า ในขณะที่เก้าอี้เท้าแขนมักจะหายไปเนื่องจากพันธะไฮโดรเจนไม่อิ่มตัวที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น ซึ่งจะเพิ่มพลังงานของขอบเหล่านี้ ซึ่งทำให้ความเสถียรลดลง
ในงานปัจจุบัน นักวิจัยพบว่าขอบเก้าอี้สามารถมั่นคงได้เมื่อน้ำแข็งเติบโตในสองมิติ ยิ่งไปกว่านั้น การเติบโตของขอบเหล่านี้เป็นไปตามวิถีปฏิกิริยาที่มองไม่เห็นมาจนถึงบัดนี้ ซึ่งมีวงแหวนโมเลกุลน้ำห้าและเจ็ดสมาชิกอยู่ในระยะกลางของการเติบโตของน้ำแข็ง ผลลัพธ์นี้ซึ่งทีมของ Zeng ยืนยันในการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์นั้นค่อนข้างแตกต่างกับวงแหวนหกตัวที่สังเกตได้ก่อนหน้านี้ในรูปแบบการเติบโตของซิกแซก
น้ำแข็ง 2 มิติผลที่ได้ยืนยันการมีอยู่ของน้ำแข็ง 2D ของแท้ตัวแรก ซึ่งนักวิจัยได้ขนานนามว่าน้ำแข็ง 2 มิติ I นอกจากนี้ยังเปิดประตูสู่การสำรวจเฟสน้ำแข็ง 2 มิติอื่นๆ ในธรรมชาติ Jiang กล่าวกับPhysics World น้ำแข็งหกเหลี่ยมแบบสองชั้น 2 มิตินี้ถูกคาดการณ์ว่าจะมีอยู่ครั้งแรกในปี 1997แต่ภาพโดยตรงของโครงสร้างอะตอมของมันซึ่งมีโครงสร้างพันธะ H ที่อิ่มตัวอย่างสมบูรณ์ยังขาดอยู่จนถึงปัจจุบัน วิธีการเจริญเติบโตอาจเปลี่ยนความเข้าใจแบบเดิมของเราเกี่ยวกับน้ำแข็งมิติต่ำและอาจแนะนำนักออกแบบวัสดุป้องกันน้ำแข็งและสารหล่อลื่นพิเศษในอนาคต Jiang กล่าว
ส่วนต่อประสานน้ำกับน้ำแข็งมีความหนืด
การกำจัดน้ำแข็งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับโครงสร้างต่างๆ เช่น กังหันลม ซึ่งไม่สามารถทำงานได้เมื่อถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็ง การทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างน้ำแข็งและพื้นผิวของน้ำจะช่วยให้เราพัฒนาวัสดุใหม่เพื่อให้การกำจัดน้ำแข็งนี้ง่ายขึ้น เขากล่าวเสริม Jiang ยังแนะนำว่าเทคนิคของกลุ่มสามารถขยายออกไปเพื่อศึกษากลไกการเติบโตของวัสดุ 2D อื่น ๆ ซึ่งเป็นการเปิดช่องทางใหม่ในการแสดงภาพโครงสร้างและพลวัตของสสารมิติต่ำ
นักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาในNatureกำลังยุ่งอยู่กับการศึกษาว่าน้ำแข็ง 2D วิวัฒนาการเป็น 3D อย่างไร ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการก่อตัวและการเติบโตของน้ำแข็งโดยทั่วไปมากขึ้น “เราคาดว่าโหมดการเติบโตแบบ 2 มิติสามารถคงอยู่ได้ถึงความหนา หลังจากนั้นชั้นน้ำแข็งจะได้รับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจากโครงสร้างสองชั้นแบบแบนที่ซ้อนกันเป็นชั้นสองส่วนโค้งงอที่เชื่อมต่อถึงกัน ซึ่งคล้ายกับกราไฟต์ที่เปลี่ยนเป็นเพชร” Jiang
คลื่นแสงเกิดการเลี้ยวเบนและกระจายตัว ส่งผลให้มีแนวโน้มที่จะแผ่กระจายออกไปเหมือนรังสีจากไฟฉาย ความสามารถในการตอบโต้การแพร่กระจายนี้มีความสำคัญต่อการป้องกันข้อมูลสูญหายในการสื่อสารด้วยแสง Moiré lattices นำเสนอวิธีใหม่ในการปรับแสงในแบบ 2 มิติ Ye และทีมของเขาได้พบ สิ่งนี้สะท้อนว่าทำไมอิเล็กตรอนยิ่งยวดหรือแข็งตัวในรอยทางของพวกมันในกราฟีน bilayer บิดเบี้ยว: แถบพลังงานแบน โฟตอนในแถบพลังงานแบบแบนจะบรรจุอยู่ในสเปกตรัมพลังงานที่แคบ ซึ่งรองรับเฉพาะโหมดที่ต้านทานการเลี้ยวเบนเท่านั้น
Moiré กำลังศึกษาอยู่เนื่องจากตาข่ายมัวร์ในแสงและคริสตัล 2 มิติมีปรากฏการณ์แบนด์แบนด์ที่คล้ายคลึงกัน นักวิจัยจึงตระหนักว่าระบบออปติคัลของพวกมันสามารถใช้เป็นพร็อกซีในการศึกษาฟิสิกส์ของมัวร์ในคริสตัล 2 มิติ โฟตอน Moiré เป็นไปตามสมการชโรดิงเงอร์ กฎการปกครองของอิเล็กตรอน ระบบออปติคัลยังทำงานง่ายกว่าเมื่อเทียบกับคริสตัล 2 มิติ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะปรับโครงสร้างใหม่เป็นโครงร่างที่เอื้ออำนวยมากกว่า
“นั่นเป็นสาเหตุที่กลุ่มเลนส์ [อ้างอิงถึงทีมของเขา] สามารถ ‘จำลอง’ ฟิสิกส์บางอย่างสำหรับวัตถุที่ควบแน่นในห้องแล็บเกี่ยวกับแสงได้” Ye กล่าวกราฟีน ‘มุมมายากล’ เป็นตัวนำยิ่งยวดแหกคอก ปรากฏการณ์แบนด์แบนด์นี้ไม่มีข้อผิดพลาด ตัวอย่างเช่น การโลคัลไลเซชันของแสงจะหายไปในมุมบิดบางมุม เพื่อให้กลยุทธ์โลคัลไลเซชันของพวกเขาแข็งแกร่งยิ่งขึ้น Ye และทีมของเขาตั้งเป้าที่จะสร้างโซลิตัน ซึ่งเป็นคลื่นเดี่ยวที่ไม่เปลี่ยนรูปร่างขณะเคลื่อนที่ ในโครงตาข่าย moiré ของพวกมัน อันที่จริง Ye สงสัยว่าการก่อตัวของโซลิตันอาจทำได้ง่ายกว่าในตาข่ายมัวร์
Credit : eltinterocolectivo.com europeancrafts.net eyeblinkentertainment.com fitflopclearancesale.net fullmoviewatchonline.net girlsonthewallmovie.com gp32europe.com halowarscentral.com hatterkepekingyen.info hopendream.net
