石墨烯將冰壓成平面方形結(jié)構(gòu)

石墨烯將冰壓成平面方形結(jié)構(gòu)
來源：東莞市捷誠石墨制品有限公司 發(fā)布時間：2018-12-08 點(diǎn)擊次數(shù)：208


科學(xué)家用兩層石墨烯將一滴水壓平，形成了另一種新的冰結(jié)構(gòu)：只有幾個原子厚的方形網(wǎng)格。

我們最熟悉的冰是六角形結(jié)構(gòu)（右），但是在兩個石墨烯片之間，冰變成了扁平的矩形結(jié)構(gòu)（左）。

科學(xué)家用兩層石墨烯將一滴水壓平，形成了另一種新的冰結(jié)構(gòu)：只有幾個原子厚的方形網(wǎng)格。

方冰的發(fā)現(xiàn)也反映了石墨烯作為二維平面材料的新用途，石墨烯不僅具有剛性、韌性和導(dǎo)電性，而且對兩層石墨烯之間的分子施加了強(qiáng)大的壓力。這就是為什么水在石墨烯層之間迅速滲透。這一特性也啟發(fā)我們用石墨烯淡化水。

石墨烯的發(fā)現(xiàn)者是英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·吉姆，他也獲得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎。2012年，他的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)水蒸氣可以通過層壓石墨烯氧化物，甚至氦原子也不能。在2014年，他們發(fā)現(xiàn)，不僅水蒸氣，而且水蒸氣計算機(jī)模擬表明，水可以在兩層石墨烯之間形成方形結(jié)構(gòu)，所有的水分子通過移動冰的邊緣，會像高速列車一樣沿同一方向落下。畢竟，他們做了實(shí)驗。

海姆的研究小組將一毫升水倒在一片石墨烯上，然后在水面上放第二片石墨烯，都是在室溫下進(jìn)行的。隨著水慢慢蒸發(fā)，兩層石墨烯逐漸粘在一起，相距不超過1納米，三明治結(jié)構(gòu)包裹里面有水。

英國盧瑟福-阿普頓實(shí)驗室的物理學(xué)家艾倫·索珀（Alan Soper）說，透射電子顯微鏡（TEM）顯示，包裹在中間的水形成了一個方形結(jié)構(gòu)，這也并非完全出乎意料，但從來沒有可能在這么大的層中看到方形冰。Sopper認(rèn)為它可以算作一種新的冰晶相（一種具有特定化學(xué)成分和物理狀態(tài)的狀態(tài)）。在此之前，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了17個階段的冰。

方形冰的結(jié)構(gòu)與普通冰的結(jié)構(gòu)大不相同。在水分子中，氫原子和氧原子通過強(qiáng)化學(xué)鍵相連，但在兩個相鄰分子之間，氫原子可以形成較弱的氫鍵。在普通冰中，氫鍵。通常是四面體。

但是在方形冰中，所有的原子都在同一平面上，氫氧鍵彼此成直角。在Heim發(fā)現(xiàn)的方形冰碎片中，不僅有一層冰，還有兩三層冰。氧原子在相鄰層之間直接上下排列。

根據(jù)研究小組的計算，要形成這樣的結(jié)構(gòu)，至少需要1萬個大氣才能形成冰。我們對這種壓力有多高感到驚訝。海姆說。這種高壓來自雙層石墨烯相互靠近時碳原子電子云的變形。碳原子相鄰層中的s被范德華力吸引，當(dāng)它們靠近時，Sopper說，就像幾千萬個小彈簧把兩層粘在一起。

海姆認(rèn)為，這種方形冰也可能出現(xiàn)在其他緊湊的空間中，例如碳納米管的內(nèi)部。如果我們更仔細(xì)地研究這種現(xiàn)象，我們可能能夠掌握用石墨烯作為篩子來淡化水的奧秘。（來自自然，丁家奇編）

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