- 首次揭示纳米冰晶形成初始结晶和变化的过程

- 姜敏浩（音，加图立大学）、安东俊（音，高丽大学）、朴正源（音，首尔大学）教授团队在《Nature Communications》上刊登论文

加图立大学生物医药化学专业的姜敏浩（音）教授研究团队与高丽大学化工生命工程专业（兼任KU-KIST融合研究生院）的安东俊（音）教授研究团队以及首尔大学化学生物工程学部的朴正源（音）教授研究团队发表了关于纳米冰晶结晶发展机制的创新性研究内容。

该研究运用超低温电子显微镜(cryo-EM)实验和分子动力学模拟，成功追踪了纳米级别的冰晶初期增长过程。经研究，揭示了冰晶在结晶的初始阶段表现出的独特增长机制和表面结构，研究成果于1月30日刊登在综合自然科学领域的世界权威学术杂志《Nature Communcations》(IF=16.6)的电子版上。

研究结果表明，最初形成的冰晶有三种形态：立方冰晶(cubic ice)、六角冰晶(hexagonal ice)以及这两种形态混合的异质冰晶(hetero-crystalline ice)。其中，立方冰晶的结晶颗粒相对较小、增长有限，但异质结晶则增长较快，尤其是沿着棱面增长的速度比底面更快，表现出非均质增长的特点。

这种非均质增长的方式是由于水-冰晶表面的水分子密度和结构的差异造成的。慢速增长的立方冰晶附近的水分子与液态水比较时，虽然密度和结构上区别不大，但存在于增长快速的异质冰晶表面上的水分子呈现出伪冰晶(pseudo-ice)结构，密度相对较低，四面体排列较密。研究发现，冰晶表面的水分子团结构受到各冰晶面的表面能量差异的调节。

▲图片. 运用超低温电子显微镜、高分辨能透射电子显微镜、分子动力学模拟观察纳米级别的冰晶增长情况，揭示了立方冰晶和异质冰晶在结晶增长机制和表面结构上存在差异；异质冰晶的增长速度快，并在特定表面存在低密度的伪冰晶结构。

这一研究结果为初始阶段的冰晶形成和增长机制提供了全新的科学理解，开启了从纳米层次控制结晶增长的新技术发展的可能性。今后，研究团队基于这项技术可以为气候变化、航空安全、低温电池、控制各种产业设备的结冰以及低温储存食品和医药品的冷链产业等各个领域产生巨大影响。研究团队期待该研究能够在冰晶相关产业和环境领域带来全新的洞察力和解决方案。

* 超低温电子显微镜：将标本在超低温下快速冰冻，保持原有结构不变，通过高分辨率图片揭示原子水平的结构特征的显微镜技术。

* 分子动力学模拟：利用物理界的原子之间的力通过牛顿运动方程进行数值计算原子动力的方式。

安东俊教授（音，通讯作者，高丽大学）、朴正源教授（音，通讯作者，首尔大学）、李民荣（音，第一作者，首尔大学）、李相烨博士（音，第一作者，高丽大学）、姜敏浩教授（音，第一作者，加图立大学）