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灰尘颗粒上的表面原子（以红色，白色，粉红色和黄色所示）施加在水分子（蓝色）上的布置，可促进或抑制冰形成。
冰是如何形成的？令人惊讶的是，科学没有完全回答这个问题。各种表面上冰形成的差异仍然不太了解，但今天的研究人员将解释他们发现表面原子施加在水分子上的布置是关键。这项工作对防止冰形成的影响（挡风玻璃，电力线）和促进它（食物或器官保存）的冰形成。结果也可能有助于改善天气预报。
研究人员今天将在美国化学学会（ACS）秋季2019年全国会议和博览会上展示他们的调查结果。世界上最大的科学学会ACS正在2019年8月29日星期四举行圣地亚哥的会议。它具有超过9,500多个关于各种科学主题的演示文稿。
“我们发现，如果我们看着它接触表面的液体水结构，我们可以开始理解并预测给定的表面是否会促进或抑制冰形成，”Sapna Sarupria，Ph.D.，Ph.D.，该项目的主要调查员说。“我们正在使用合作者来利用这些信息来更好地了解天气中的冰和设计冰块的表面的作用。有一个挡风玻璃不会让冬天让冰坚持下去吗？“
Sarupria的团队使用计算机来研究表面和冰形成的分子模拟。与Messier Real World不同，这种受控的设置使她能够检查一个表面参数的变化的影响 - 甚至只是一个原子 - 一次。然后，研究人员将这些结果与与现实世界材料一起使用的实验主义者相关联，包括碘化银或云母和高岭石等矿物质。碘化银对促进冰形成的冰形成是如此有效，即它用于云播种以刺激干旱期间的降雨。
发生液体水经历到固体水的相转变时发生冰形成或核切割。水也可以经历其他相变，例如从冰变换回液体，或蒸汽。如果这些过渡发生在云中，它们可以形成雨滴和雪。“当你想预测天气时，你需要知道这些阶段过渡是如何发生的，这基本上是一个开放的问题，”在克莱姆森大学的Sarupria说。通常这些变化在存在颗粒的存在下发生在大气中的矿物粉尘中。灰尘的类型和数量决定了发生的沉淀的类型。“我们正试图了解不同的尘埃粒子表面如何影响水从液体到云中的固相的过渡，”她说。
好老H2O就是这样：结合两种氢的氧气。这些氢的比其他表面吸引到一些表面上，这会影响水分子如何定向在表面上。Sarupria的团队发现，它们对粉尘颗粒上的表面原子和与其他水分子相关的结构是最重要的因素。这一发现还解释了为什么碘化银是如此良好的核心。首先，其表面原子以类似于冰中的水分子的布置的方式布置，因此这是一种有效的模板。其次，碘的银离子的正电荷和碘的负电荷以正确的方式向液体透水和氧气氧化，以形成冰结构。“原子之间的距离和这种收费的距离，对银碘化物是核心的非常重要的，”萨鲁普里亚说。
研究人员现在与学习大气现象的实验主义者合作，帮助他们解释他们的结果。“如果我们可以模仿这些现象，我们可能能够更好地了解天气中的冰的作用，”她解释道。
Sarupria也适用于对可以促进或抑制冰形成的表面的水结构的理解。例如，为了防止在食物储存或冷冻保存过程中损坏的器官，未来的某人可以利用新知识在更接近32°F的温度下形成冰，冻结点，而不是在较低温度下。这可以通过将包装的表面改性包装或添加分子以加入冷冻保存来完成。“在其他情况下，如挡风玻璃和电力线，你可能不希望冰形成，”萨鲁普里亚说。“所以我们试图用如何制作不会让冰形式的涂料或表面，或者它形成，这不会让它坚持。”她的团队还试图了解天然防冻蛋白如何帮助鱼类和其他生物在寒冷的条件下存活。“最终，无论是这些蛋白质还是尘埃颗粒，都归结为它们如何影响水结构，”她说。“我们希望使用这些信息来创建一个参数，可以帮助我们快速筛选浮雕能力的屏幕。”
本研究将在美国化学学会的会议上展示。这一主题的新闻发布会将于8月27日星期二举行，下午1点。太平洋时间在圣地亚哥会议中心。看看你在youtube上。
