生物抗凍蛋白如何抗結(jié)冰，冰川之間的相對(duì)滑移、大氣臭氧的降解催化，都與冰的結(jié)構(gòu)和成核生長(zhǎng)密切相關(guān)。經(jīng)過近百年的探索，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了冰的18種三維晶體結(jié)構(gòu)，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(xué)術(shù)界一直有很大爭(zhēng)議。 q#Z@+(^  
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近日，北京大學(xué)、美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校以及中國(guó)科學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，利用高分辨qPlus型原子力顯微鏡技術(shù)，首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了二維冰的存在，并以原子級(jí)分辨率拍到了二維冰的形成過程，揭示其特殊的生長(zhǎng)機(jī)制。北京時(shí)間1月2日，該成果在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。 UqFO|r"M  
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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 JgKO|VO  
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早在20世紀(jì)20年代，英國(guó)著名物理學(xué)家、X射線發(fā)現(xiàn)者布拉格與其它幾位科學(xué)家便分別利用X射線“描繪”冰晶體結(jié)構(gòu)，拉開了三維冰結(jié)構(gòu)研究的序幕。2015年，石墨烯發(fā)現(xiàn)者安德魯·蓋姆帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在雙層石墨烯間發(fā)現(xiàn)了一種四方二維冰相，轟動(dòng)學(xué)術(shù)界，但這種二維冰隨后被質(zhì)疑是氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)，二維冰存在與否一直成謎。 RE7?KR>  
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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(zhǎng)出一種單晶二維冰結(jié)構(gòu)。他們將非侵?jǐn)_式原子力顯微鏡成像技術(shù)運(yùn)用于二維冰的亞分子級(jí)分辨成像，再結(jié)合理論計(jì)算確定了其原子結(jié)構(gòu)。 G\/zkrxmv  
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“結(jié)果表明，二維冰由兩層六角冰無旋轉(zhuǎn)堆疊而成，兩層之間靠氫鍵連接，每個(gè)水分子與同一層的水分子形成三個(gè)氫鍵，與上下層的水分子形成一個(gè)氫鍵，因此所有的氫鍵都被飽和，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，是一種可以獨(dú)立存在的‘自飽和’二維冰�！北本┐髮W(xué)量子材料中心教授江穎說。 <Dl*l{zba  
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此次研究發(fā)現(xiàn)的二維冰，不再是傳統(tǒng)的四面體結(jié)構(gòu)，而是六邊形的二維平面結(jié)構(gòu)，表面非常平整。1997年，美國(guó)科學(xué)家古賀、曾曉成等人利用分子動(dòng)力學(xué)模擬首次預(yù)測(cè)了這種“互鎖型”雙層二維冰，但一直缺乏確切的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。因此，此次研究也是第一種被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的二維冰結(jié)構(gòu)，研究人員將它正式命名為“二維冰I相”。 Gv!2f  
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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(zhǎng)過程中的一系列中間狀態(tài)凍結(jié)下來，并對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)定的成像，最終看清了二維冰在原子尺度的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過程。 a?I= !js  
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