浙大童利民&郭欣最新Science:有弹性的超细纤维冰


【引言】

冰是地球表面最丰富和最重要的晶体固体之一。大块冰坚硬而脆弱,导致雪崩、冰川滑动和海冰碎裂等自然现象。实验发现,最大的弹性应变远远低于>10%的理论极限。这种差异主要是由真正的冰晶的结构缺陷造成的。低维形式的材料,如纳米级晶体、纳米线和微纤维,由于缺陷密度较低,应力分布更均匀,可以表现出远优于其大块的力学性能。冰的纳米和微观结构以雪花和冰须的形式自然存在;预计这些结构也会比大块冰具有更好的力学性能。尽管在实验室中已生长出如晶须和冰针等低维冰结构,但重点是生长和形貌,而不是研究力学性能。

【成果简介】

今日,在浙江大学童利民教授郭欣副教授团队等人带领下,发现微纤维冰(IMFs)具有特殊的力学性能。通过采用电场增强的生长方法,其生长温度远低于以前使用的方法,成功地生长出高质量和小直径(低至数百纳米)的IMFs。研究表明,生长的IMFs是六方单晶,其六方轴沿着核心,表面光滑,截面均匀。IMFs可以弯曲高达10.9%的应变,这比以前报道的最大应变要高得多,并且接近理论弹性极限(14至16.2%)。同时,对弯曲的IMFs进行了拉曼光谱测量,并在-70°C下3%的临界应变附近检测到了冰Ih和II之间的可逆相变。为了证明IMF具有良好的光学特性,证明了它们可以用低光损耗引导可见光,并在其圆周上支持回音壁模式(WGMs)。相关成果以题为“Elastic ice microfibers”发表在了Science

【图文导读】

图1 IMFs的生长和光学显微形

2 IMFs的冷冻电子或离子显微镜研究

3 单个IMFs的弹性弯曲

4 弹性弯曲IMFs的相变

 5 IMFs的光学特性

文献链接:Elastic ice microfibers(Science,2021,DOI:10.1126/science.abh3754)

本文由木文韬翻译,材料牛整理编辑。

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