利用纳米氧化石墨烯在环境条件下诱导冰生长

在环境条件下，由于表面的非极性性质和水的高蒸气压，水在疏水表面上的润湿受到抑制。然而，亚毫米级亲水斑块的存在使得沙漠甲虫的蜡质翅膀能够被晨雾润湿。在此，我们表明，撒布氧化石墨烯纳米片（nanoGOs）能有效促使水纳米液滴凝结，并在环境条件下于石墨表面诱导冰的外延生长。通过控制相对湿度和 nanoGO 密度，我们能够在 20 小时的时间尺度上研究完整冰润湿层的形成。这提供了一个前所未有的机会，利用非接触式原子力显微镜实时观测冰的成核与生长。Ostwald 于 1897 年提出的结晶阶段首次在微观层面被完整展现。我们获得了从非晶冰到瞬态立方冰 Ic 阶段，最终到稳定六方冰 Ih 的连续相变实时图像。最有趣的是，我们发现通过修饰 nanoGO 的官能团以及 nanoGO 之间的分子间氢键，可以影响冰的成核与生长。这为控制异质冰成核和雪晶形成提供了一种策略。