Exploring general nature of interfacial melting on ice crystals: in situ approach by optical microscopy

探索冰晶界面熔化的一般性质：光学显微镜原位方法

基本信息

批准号：
21H01824
负责人：
村田憲一郎
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和４年度は正立型レーザー共焦点微分干渉顕微鏡（LCM-DIM）に全反射照明を組み込んだ氷成長観察チャンバーを完成させ，全反射用プリズム上での微粒子からのエバネッセント光の散乱を検出することに成功した．しかし，全反射用プリズム上に効率的に単結晶氷をヘテロエピタキシャル成長させる透明基板を用意することができず（当初はマイカ（雲母）を想定していたが，再現性良くベーサル面を成長させるには不適であった），氷表面上でのエバネッセント光の発生と微粒子からの散乱を検出するまでには至らなかった．その中で年度末に差し掛かり，パラフィンをガラス基板に蒸着することで効率よく氷単結晶ベーサル面をエピタキシャル成長させることができることが分かってきた．また，様々な成長基板を模索する中で，塩化ナトリウム結晶を用いて予備的な観察をしたところ，潮解現象と氷の表面融解の間に類似性があるという極めて興味深い結果が得られた．具体的には，低湿度領域から潮解を引き起こす高湿度領域における塩化ナトリウム結晶表面の動態を観察したところ，潮解により生じる結晶表面の水膜は，単に湿度に応じて膜厚を増大させるのではなく，準不完全濡れという特異的な濡れ状態を経由していること，そして水膜の濡れ状態の変化が水膜内部の塩化ナトリウム結晶の成長・融解と結びついていることが分かってきた．これらの水膜の特徴は氷表面の擬似液体層の振る舞いとよく似ている．この研究成果は，本研究課題が表面における水や氷の相転移現象をより統一的な理解につながる可能性を強く示唆している．

在2020财年，我们完成了一个冰生长观察室，将全内反射照明融入到直立式激光共焦微分干涉显微镜（LCM-DIM）中，以检测我成功完成的全内反射棱镜上细颗粒的倏逝光散射。所以。然而，不可能制备用于在全反射棱镜上有效异质外延生长单晶冰的透明基板（最初考虑使用云母，但很难生长具有良好再现性的基底表面），但这是不可能的。检测冰表面倏逝光的产生和细颗粒的散射。随着今年年底的临近，人们发现可以通过在玻璃基板上沉积石蜡来有效地外延生长基底冰单晶。此外，在寻找各种生长基质时，使用氯化钠晶体的初步观察得到了极其有趣的结果，即潮解现象与冰的表面融化之间存在相似性。具体来说，我们观察了氯化钠晶体表面从低湿度区域到高湿度区域引起潮解的动态，发现由于潮解而在晶体表面形成的水膜并不是简单地随水膜厚度的增加而增加。研究发现，润湿过程通过一种称为准不完全润湿的独特润湿状态发生，并且水膜润湿状态的变化与水膜内氯化钠晶体的生长和熔化有关。这些水膜的特性与冰表面伪液体层的行为非常相似。这项研究结果强烈表明，该研究主题可能会导致对表面水和冰的相变现象有更统一的理解。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

高分解光学顕微鏡で見る氷結晶のミクロな成長ダイナミクス

使用高分辨率光学显微镜观察冰晶的微观生长动力学

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
村田憲一郎
通讯作者：
村田憲一郎

In-situ optical microscopy observation of elementary steps on ice crystals grown in vapor and their growth kinetics

原位光学显微镜观察蒸气中冰晶的基本步骤及其生长动力学

DOI：
10.1016/j.pcrysgrow.2021.100550
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
5.1
作者：
Sazaki Gen;Inomata Masahiro;Asakawa Harutoshi;Yokoyama Etsuro;Nakatsubo Shunichi;Murata Ken;Nagashima Ken;Furukawa Yoshinori
通讯作者：
Furukawa Yoshinori

Growth Kinetics of Elementary Spiral Steps on Ice Prism Faces Grown in Vapor and Their Temperature Dependence

蒸气生长冰棱柱面上基本螺旋台阶的生长动力学及其温度依赖性