生物抗凍蛋白如何抗結冰，冰川之間的相對滑移、大氣臭氧的降解催化，都與冰的結構和成核生長密切相關。經過近百年的探索，人們已經發(fā)現了冰的18種三維晶體結構，其中自然界最常見的就是六角形的冰相。然而，是否有穩(wěn)定存在的二維冰，學術界一直有很大爭議。 f05"3L:  
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近日，北京大學、美國內布拉斯加大學林肯分校以及中國科學院的研究團隊，利用高分辨qPlus型原子力顯微鏡技術，首次在實驗上證實了二維冰的存在，并以原子級分辨率拍到了二維冰的形成過程，揭示其特殊的生長機制。北京時間1月2日，該成果在國際頂級學術期刊《自然》發(fā)表。 jW1YTQ  
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二維冰由兩層六角冰堆疊而成，兩層之間靠氫鍵連接 8yE%
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早在20世紀20年代，英國著名物理學家、X射線發(fā)現者布拉格與其它幾位科學家便分別利用X射線“描繪”冰晶體結構，拉開了三維冰結構研究的序幕。2015年，石墨烯發(fā)現者安德魯·蓋姆帶領的團隊在雙層石墨烯間發(fā)現了一種四方二維冰相，轟動學術界，但這種二維冰隨后被質疑是氯化鈉的晶體結構，二維冰存在與否一直成謎。 4C,kA+P  
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在此次研究中，科研人員精確控制溫度和水壓，在疏水的金襯底上，生長出一種單晶二維冰結構。他們將非侵擾式原子力顯微鏡成像技術運用于二維冰的亞分子級分辨成像，再結合理論計算確定了其原子結構。 x5fgF;  
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“結果表明，二維冰由兩層六角冰無旋轉堆疊而成，兩層之間靠氫鍵連接，每個水分子與同一層的水分子形成三個氫鍵，與上下層的水分子形成一個氫鍵，因此所有的氫鍵都被飽和，結構非常穩(wěn)定，是一種可以獨立存在的‘自飽和’二維冰。”北京大學量子材料中心教授江穎說。 %$ir a\ sM  
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此次研究發(fā)現的二維冰，不再是傳統(tǒng)的四面體結構，而是六邊形的二維平面結構，表面非常平整。1997年，美國科學家古賀、曾曉成等人利用分子動力學模擬首次預測了這種“互鎖型”雙層二維冰，但一直缺乏確切的實驗證據。因此，此次研究也是第一種被實驗所證實的二維冰結構，研究人員將它正式命名為“二維冰I相”。 nIV.
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怎樣才能看到二維冰的形成？研究人員巧妙地將二維冰從-153攝氏度到“速凍”到-268攝氏度，把冰生長過程中的一系列中間狀態(tài)凍結下來，并對其進行了穩(wěn)定的成像，最終看清了二維冰在原子尺度的動態(tài)生長過程。 g{A3W) [ b  
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同時，他們結合理論計算和模擬，提出了二維冰島鋸齒狀邊界的“搭橋”式生長和扶椅狀邊界的“播種”式生長機制。而且，二維冰邊界亞穩(wěn)態(tài)的相對穩(wěn)定性，與襯底的具體結構幾乎無關。 Y)Znb;`?a  
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