科学家解决关于单晶冰表面的80年难题

蒸汽如何与冰晶相互作用形成雨？污染物怎么依附于冰晶？为什么没有两片雪花是相同的？

这些生活中常见的问题可从冰的分子水平进行解答，但科学家却很难利用实验方法从分子水平对冰进行结构分析，包括结合模式、结合位点、分子流动性等。这是因为制备整齐的冰面是个不小的挑战，常用的方法是在基底上生长冰的晶体。但由于冰是通过氢键结合在一起的六方晶体，基底的存在会打破这种连接，从根本上改变冰的表面性质。科学家从19世纪30年代开始，不断尝试找到一个可靠的方法，却从没获得成功。

图片来源：classeq.co.uk

最近，塔夫茨大学艺术与科学学院的化学教授Mary Jane Shultz解决了这个存在了80年的难题，她的团队找到了一种方法来选择单晶冰的特定表面用于研究。这一发现最近刊发于《PNAS》。

冰晶无处不在。“这种新方法为那些与我们极为相关的研究领域开启了一扇大门。”如文章开头提出的几个问题。Shultz说，这些问题对人造云（seeding rain cloud）和生态环境保护都具有重要的意义。

Shultz将她的最新突破归因于简单的几何学和三角学。冰的最常见晶形称为I_h（或“ice one h”、“ice-phase-one”），是水分子有序重复排列而成得六方晶形，称为晶格。Shultz发现，使用某些测量方法和公式，她能确定晶体的晶格取向，并根据取向精确切割任意晶面。

图片来源：Tufts University

她说，如何选择一个合理的晶面很重要，因为研究人员能在此基础上研究分子水平的动力学和结构，以及其它分子与这一具体的晶面结合的方式。

1. http://www.pnas.org/content/early/2015/10/27/1513173112

2. http://phys.org/news/2015-10-year-old-mystery-chemist-isolate-single-crystal.html