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國科大溫州院教授在《自然》發表論文

2019/12/20 07:51 來源:溫州日報甌網 編輯:單暉 瀏覽:1503

甌網訊 (記者 周大正) 在動畫片《冰雪奇緣》里,冰雪女王手指一揮施魔法,瀑布就凝結出束束冰柱;水到底是如何結成冰的?物理學家對此謎題的百年猜想有新進展。

昨天,英國《自然》(Nature)雜志在線刊發中國科學院大學物理學院、溫州研究院雙聘教授周昕與河北工業大學白國英博士、中國科學院化學所王建君研究員團隊合作的論文《用氧化石墨烯納米片探測冰形成所需的臨界核大小》 ,首次證實水結冰過程中存在臨界冰核,給出臨界冰核的尺寸和過冷溫度的關系,揭秘水結冰發生的微觀機制。

水在0℃以下發生結冰,稱為相變。水結冰相變是自然界中非常普遍的現象,它潛移默化地影響著地球上的氣候、地質及生命,還在化學工業、低溫生物學、材料科學等領域發揮著重要作用。統計物理的創始人之一吉布斯百年前提出相變的“經典成核理論”,認為水結冰相變需經過一個成核過程:水過冷時可以形成小冰核,但這些小冰核不穩定。經過長時間等待,某個冰核的尺寸偶然增長到超過一臨界值后,該冰核將自發快速長大,水結冰相變發生。此過程中臨界尺寸冰核(臨界核)的形成是關鍵。由于臨界核尺寸。◣准{米)、壽命短(小于納秒),并且是偶然的小概率事件,實驗上一直沒有直接證據證實它的存在以及測量其特征。

《自然》雜志是世界上最早的國際性科技期刊,也是世界上最權威的科學雜志之一。周昕教授是該論文共同通訊作者。他2012年入選中國科學院“百人計劃”,今年五月被聘任為國科大溫州研究院雙聘教授。周昕介紹說,該研究為實現人為控冰應用提供重要理論指引,比如通過調控冰晶形成和生長可以提高冷凍保存的細胞組織等的復蘇效率、也可提升冷藏食品的保鮮度。

今年5月,國科大溫州研究院正式啟動運行,已建成16支科研團隊,從哈佛大學、劍橋大學等引進博士后10余人、優秀博士碩士30余人。

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