유연성을 감지하고 가스를 나노화 가능하게 포착합니다.

에너지부 북서부 국립 연구소의 연구원들이 이 발견을 발표했습니다. 완벽한 육각형 그릴의 형성에도 불구하고 아이스는 놀라운 유연성과 통기성을 보여주며, 이로 인해 얼음 내부에 기포가 더 자주 설치됩니다. 이러한 발견은 흐르는 물에서 얼린 얼음 샘플의 분자 분해능에 대한 최초의 관찰에서 파생되었으며, 이는 잡지에 게재되었습니다. 자연소통.

우리는 녹은 가스가 얼음 결정에 구멍을 만들 뿐만 아니라 이동하고 다른 가스 기포와 연결되어 용해되는 것을 발견했습니다. 이는 얼음 결합의 특이한 특성으로 인해 가능합니다. 이 연구는 불과 몇 년 전만 해도 상상할 수 없었던 규모로 얼음 결정화와 녹는 거동을 탐구할 수 있는 완전히 새로운 기회를 열어줍니다..

James de Yoreo, Pacific Northwestern National Laboratory (PNNL) Battelle의 주요 연구 연구원 및 동료

이 연구는 다양한 연구 영역 중에서 생물학적 조직의 극저온 냉동 샘플 보존, 항공 및 차량 안전을 위한 얼음의 역학 예측, 빙하 이동 이해에 중요한 결과를 가져올 수 있습니다.

얼음 미스터리가 많았어요. 우리는 LED가 크리스탈의 구조적 결함을 어떻게 견디는지, 그리고 포획된 기포가 크리스탈의 기계적 특성에 어떤 영향을 미치는지 이해하고 싶습니다. 이제 우리는 그것을 이해할 수 있는 방법을 갖게 되었습니다..

Jingshan Du, 태평양 북서부 국립 연구소 재료 분야의 주요 저자이자 과학자

얼음의 새로운 점

액체에서 얼음으로 이동하는 물 분자를 직접 관찰할 수 있는 사람은 아무도 없었습니다. 과학자들이 특정 원자를 시각화하기 위해 사용하는 방법에는 고에너지 방사선을 사용하고 진공 밀봉을 통해 공기 전체를 ​​제거하는 등 극한 조건이 필요하기 때문입니다.

연구자들이 분자 수준에서 일부 얼음 이미지를 생성했지만 이러한 이미지는 지구상의 일반적인 얼고 녹는 주기를 나타내지 않습니다. 대신 증기에서 회사로 직접 발생하는 플래시를 동결시키는 과정을 통해 생성됩니다.

연구팀은 얇은 탄소막 사이에 흐르는 물을 깔아두었는데, 이는 이러한 발전을 촉진하는 데 필수적인 요소였다. 그 후, 그들은 냉동 과정을 모니터링하기 위해 액체 세포 이동을 위한 극저온 전자 현미경이라는 새로운 기술을 설계했습니다.

“멤브레인은 고진공과 방사선으로부터 얼음 같은 결정을 보호하여 원자 수준의 정보가 포함된 사진을 얻을 수 있습니다.“그가 말했지.

팀은 가스 기포의 형성, 그리드를 통한 이동, 다른 기포와의 합병 및 그에 따른 해체를 관찰했습니다.

이 연구는 흐르는 물이 단단한 얼음에 들어갈 때 결정 구조 내의 손상이나 포획된 기포의 존재가 얼음 결정에 심각한 응력을 유발하지 않아 균열이 발생할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 금속이나 광물과 같은 다른 단단한 물질보다 매우 쉽게 이러한 단점의 존재에 적응합니다.

물의 화학적 결합의 특성으로 인해 물은 고체 얼음 형태에서도 극도로 유연하고 기둥 모양이 됩니다. 이 최근 관찰은 얼음이 흐르는 물보다 밀도가 낮다는 본질적인 사실과 함께 지구상, 특히 해양 환경에서 생명체를 유지하는 데 필수적인 특성입니다.

연구원들은 눈송이의 발달을 포함하여 모든 사다리의 얼음 결정 형성에 영향을 미치는 기하학과 힘을 직접 관찰했습니다. 눈은 흐르는 물이 아닌 수증기에서 생기지만 동일한 기본 힘이 작용합니다.

PNNL의 과학자들은 Argonna National Laboratory 및 Illinois-Chicago University의 연구원들과 협력하여 기계 학습을 사용하여 ICE에 대한 매우 정확한 분자 역학 모델을 만들었습니다. 실험 결과와 이론적 모델의 예측을 비교한 결과, LED는 결정 구조 유지에 대한 손상을 견딜 수 있는 능력이 리지드와 다르다는 것이 확인되었습니다.

얼음에 기포가 포착된 이유

PNNL 팀이 나노입자에서 ICE의 역학을 탐구하는 동안 다른 연구자들은 빙하 내의 기포가 그들의 행동에 큰 영향을 미친다고 믿습니다. 최근 과학자들은 거품이 없는 얼음과 달리 빙하에 거품이 있을 때 빙하가 두 배 더 빨리 녹는다는 사실을 보여주었습니다. 또한 다른 과학자들은 비행 중 민감한 조직 패턴이나 항공기에서 얼음이 형성되는 것을 방지하기를 원합니다.

이 연구의 다음 단계에는 용해 과정 테스트와 용해된 물질을 함유한 물과 같은 보다 복잡한 패턴에 대한 작업이 포함됩니다.

두와 데요러와 함께 연구원 Pnnl -a Ajay S. Karakoti; Argonne National Laboratory의 과학자 Suvi Banik, Henry Chan 및 Subramanian Krsa Sankaranarayanan; Helmholtz Erlangen-Nürnberg 재생 에너지 연구소의 Birk Fritsch와 Andreas Hutzler; 그리고 워싱턴 대학교의 Ying Xia도 이 연구에 참여했습니다.

이 연구는 재료 과학 및 공학부 기초 에너지 과학부 과학 사무국으로부터 자금을 지원 받았습니다. 분자 역학 시뮬레이션은 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 트윈 디지털 프로젝트의 일부인 과학 사용자 시설 프로그램의 데이터, 인공 지능 및 기계 학습을 통해 자금을 지원받았습니다.

연구 부문은 PNNL의 과학 사용자 공장인 환경 분자 과학 연구소, 분자 주조소 및 에너지 연구를 위한 국립 과학 컴퓨터 센터에서 수행되었으며, 두 사용자 기관 모두 로렌스 버클리 국립 연구소에서 지원되었습니다.

얼음 조각이 기포를 잡는 이유놀다