行業(yè)資訊
Scientific Reports報(bào)道華理原位電子顯微學(xué)研究領(lǐng)域新進(jìn)展
近日，我校材料學(xué)院陳新教授在原位電子顯微學(xué)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了一種水的固-液-氣相轉(zhuǎn)變的新機(jī)制，相關(guān)成果以“Abnormal gas-liquid-solid phase transition behaviour of water observed with in situ environmental SEM”為題發(fā)表在Nature出版集團(tuán)旗下的Scientific Reports（Web of Science一區(qū)期刊）上。
圖片說明：用環(huán)境電子顯微鏡原位觀察到的水蒸氣凝結(jié)和冰的升華等微觀相轉(zhuǎn)變行為
陳新等利用配備制冷工作臺(tái)的環(huán)境掃描電鏡（environment SEM），首次在可控溫度和氣壓條件下研究了水的固-液-氣相轉(zhuǎn)變，觀察到了水相變中的反常行為。研究顯示，在450Pa蒸氣壓強(qiáng)下，水蒸氣冷卻到-7攝氏度時(shí)，在基底上直接凝華生長(zhǎng)，并且生長(zhǎng)速度存在明顯的跳躍現(xiàn)象。而在550Pa和600Pa下冷卻時(shí)，雖然冰是該條件下的穩(wěn)定相，但水蒸氣先凝結(jié)成過冷水，然后在直徑100-200微米的過冷水滴中發(fā)生冰晶的形核生長(zhǎng)。在-7攝氏度下降低水蒸氣壓強(qiáng)至50-200Pa，冰直接升華為水蒸氣，其間冰的表面粗糙度不斷提高，直至形成多孔結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由Young-Laplace效應(yīng)引起的。此外，雖然在升華實(shí)驗(yàn)條件下液相水是禁止相，但在Young-Laplace效應(yīng)等因素的作用下，在升華過程中觀察到了液體狀微水滴的形成。上述發(fā)現(xiàn)加深了人們對(duì)水的相圖和微觀相變的認(rèn)識(shí)，對(duì)研究和認(rèn)識(shí)與水相關(guān)的各種物理、化學(xué)和生物等領(lǐng)域的現(xiàn)象都有重要意義。
論文第一作者和通訊作者為我校材料科學(xué)與工程學(xué)院的陳新教授，合作者有北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院的陳清教授等。論文鏈接：www.nature.com/articles/srep46680。
