二维冰纳米晶体中潜热诱导的旋转限制聚集
材料科学
2016-04-26 v1 化学物理
摘要
导致冰晶和雪花迷人形状的基础科学仍未被理解。相互作用势知识的不足以及缺乏相关的实验手段来接触生长过程是导致这一失败的原因。在此，我们研究在云母与石墨烯之间插入的二维（2D）系统中分形纳米结构的生长。基于我们的扫描隧道谱（STS）数据，我们提供了令人信服的证据，表明这些分形是二维冰。它们在 20 C 下与大气保持物质接触而无显著热接触的情况下生长。该生长在纳米尺度上被原位、实时、实地研究。我们发现生长的二维冰纳米晶体呈现分形形状，传统上这被归因于扩散限制聚集（DLA）。然而，DLA 需要低质量密度的母相，这与实际当前存在的高质量密度母相相反。潜热效应以及随之产生的热与分子输运被发现是理解雪（冰）flake 演化的关键要素。我们得出结论：关键因子并非水分子在局部的可用性（DLA），而是它们具有局部所需的取向，这才是并入二维冰纳米晶体的关键因素。结合潜热输运，我们将分形二维冰纳米晶体的演化归因于依赖于局部温度的旋转限制聚集（RLA）。冰的生长发生在极端过饱和条件下，即其条件与复杂二维雪（冰）flake 生长的自然条件极为相似，我们认为我们的发现对于解决“常年”雪（冰）flake 之谜至关重要。
引用
@article{arxiv.1604.07168,
title = {Latent heat induced rotation limited aggregation in 2D ice nanocrystals},
author = {Pantelis Bampoulis and Martin H. Siekman and E. Stefan Kooij and Detlef Lohse and Harold J. W. Zandvliet and Bene Poelsema},
journal= {arXiv preprint arXiv:1604.07168},
year = {2016}
}