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          滚球详细规则與中科大、美國內布拉斯加大學合作,預測高密度鐵電新冰相


          發佈時間:2019-04-28    來源:滚球规则    點擊量:



          近日 ,滚球体育app趙紀軍教授課題組與中國科學技術大學楊金龍/袁嵐峯教授課題組、美國內布拉斯加大學林肯分校曾曉成教授課題組合作,理論預測了一個新的高密度鐵電冰相 ,研究成果以“Room temperature electrofreezing of water yields a missing dense ice phase in the phase diagram”(《室溫電致水結冰:相圖中“遺漏”的一個高密度冰相》)爲論文標題 ,發表在4月26日的《Nature Communications》(《自然通訊》)上 。論文的共同第一作者是中科大朱衛多、滚球详细规则黃盈盈、內布拉斯加大學朱重欽,共同通訊作者是趙紀軍教授、袁嵐峯教授、曾曉成教授。

          論文全文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-019-09950-z

          衆所周知,水分子之間存在氫鍵 ,而氫鍵的強度和位形可以在很大範圍內變化 ,因此水呈現出極其豐富的相圖  。目前,實驗室中已經發現的不同溫度和壓強條件下的冰相多達18種。由於水分子具有偶極矩,多個水分子聚集時偶極矩可以疊加或抵消,因此有可能存在鐵電性的冰 。人們已經證實冰XI相是具有較大偶極矩的鐵電相 ,而且認爲它存在於天王星和海王星表面 。然而 ,如果不摻雜催化劑  ,普通結構的冰轉變成鐵電冰大約需要一萬年,因此鐵電冰相在自然界中是極爲罕見的。

          本研究通過系統的第一性原理計算和分子動力學模擬發現:室溫下,在高壓和高電場強度的條件下 ,液態水可以自發形成一種高密度(1.27 g/cm3)的新型鐵電冰晶體—“冰χ相”(圖1)。自由能計算表明 ,在水相圖上的一個高壓低溫區,冰χ相是最穩定的結構。它位於冰II相和冰VI相之間 ,與冰V相接鄰(圖2)。在這個意義上而言,冰χ是一個“被遺漏”的冰相 。對此的一個可能解釋是:冰χ相的成核/生長需要非常高強度的電場  。

          除了自然界常見的Ih相冰,一百多年來人類在實驗室中發現的17種冰相分別是由德國、美國、加拿大、日本、英國、意大利等國科學家發現的。迄今爲止,尚沒有中國科學家發現的冰相。鐵電冰χ相的預言不僅豐富了水在高壓區域的相圖  ,而且爲尋找稀有的鐵電冰結構提供了理論指導。如果未來在實驗室中確實觀察到這種鐵電性冰χ相,不僅將增加人們對水科學的濃厚興趣 ,而且冰χ相將有可能成爲冰XVIII相(即冰的第19個相)  ,從而填補中國發現冰相的空白 。

          本項研究 ,是滚球详细规则趙紀軍教授與內布拉斯加大學曾曉成教授合作發現負壓下水的低密度籠形冰相的延續,該成果已於2016年發表在《Science Advances》(《Science》雜誌子刊)上 ,論文全文鏈接:http://advances.sciencemag.org/content/2/2/e1501010 。

          本研究得到了中國科滚球体育app、國家自然科學基金委和國家重點研究開發計劃項目的資助 。

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