微米级水冰颗粒的粘附性

水冰是致密分子云和原行星盘外缘最丰富的物质之一。与其他物质（如硅酸盐）相比，水冰因其较高的比表面能而被认为具有更强的粘附性，从而在相互碰撞中导致更快或更有效的生长。然而，关于水冰粘附性的实验研究十分匮乏，特别是在天体物理学相关的微米尺度区域和低温条件下。在本工作中，我们提出了一种实验装置，用于生长由$\mathrm{\mu}$m 级水冰颗粒组成的聚集体，并利用该装置测量了冰颗粒在$114 \, \mathrm{K}$至$260 \, \mathrm{K}$不同温度下的粘附阈值和侵蚀阈值。我们的实验表明，在低温（低于$\sim 210 \, \mathrm{K}$）下，$\mathrm{\mu}$m 级水冰颗粒在低于$9.6 \, \mathrm{m \, s^{-1}}$的阈值速度下会发生粘附，该值约为$\mathrm{\mu}$m 级二氧化硅颗粒粘附阈值的十倍。此外，观察到当速度高于$15.3 \, \mathrm{m \, s^{-1}}$时，生长的冰聚集体会发生侵蚀。我们将实验得出的粘附阈值与模型预测进行了比较，以确定水冰的重要材料属性，即比表面能和粘性弛豫时间。我们的实验结果表明，原行星盘外缘存在水冰可以通过颗粒的直接粘附促进行星微星的生长。