大发百人牛牛下载地址江颖:在水世界里解开《科学》的世纪难题

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  星期二右眼跳在10年前的一次学术报告会上,来自英国的一位水科学领域资深教授的报告内容,给大学物理学院量子材料科学中心教授江颖留下了深刻的印象。长期以来,关于水特性的理论研究有如果,但从实验层面来看,鲜有能和理论研究进行直接对比验证的结果。

  “会后交流时,我问为那此实验跟不上理论的发展,那位教授回答说,水科学研究的实验难度不要 了。当时,如果 想,大伙应该在实验领域做许多事情。”江颖回忆道。

  选取迎难而上的江颖,和他所在的团队一道,逐步逼近水的“”。首次拍摄到水内部管理特性、首次看到水合钠离子的原子级“真面目”……大伙的研究发现,不断地刷新大伙对于水的认知。

  初中化学课上,老师们讲过,水由一三个白氢原子和一三个白氧原子构成。听上去,水的特性似乎很简单。可要在显微镜下真正看到水的特性,不必易事。

  “在化学元素周期表上排第一的氢,它的质量和尺寸都非常的小,就像是一三个白‘’的原子一样,想在显微镜下捕捉到它并为其成像非常困难。”江颖说道。

  在美国做博士后研究时,扫描探针显微术是江颖主要的研究手段之一。通过探测电流,扫描探针显微镜可不上能对物质下皮 的形貌进行表征,分辨率可达到原子级别。

  通常,光学显微镜的分辨率能达到几百纳米的量级,而扫描探针显微镜的分辨率能小于一三个白纳米。在分辨率上,后者比前者要高一三个白量级。借助扫描探针显微技术,可不上能让氢原子显形?

  说干就干。江颖和团队2010年日后日后刚结速着手设计实验。在液态清况 下,水的流动性非常强。如果 对单个水成像,还要让它能稳定地待在有五种物质的下皮 上,也如果说,要找到大慨的衬底。

  过去,科学家一般采用金属作为衬底,把水直接插进金属下皮 上进行观察。采用你这俩措施 ,拍摄到的水照片,最多可不上能可不上能 拍出其模糊的外形——一三个白没有任何内部管理特性的圆形凸起。

  为了拍到水的“高清图”,江颖团队另辟蹊径,在金属和水后边插入了一层绝缘的氯化钠薄膜。

  氯化钠可不上能牢牢地“抓”住单个水,同時 减弱了水与金属衬底之间的耦合,从而帮助科学家观测并拍摄到水吸附在氯化钠下皮 上的形貌和水的具体特性。

  功夫不负有心人。2013年,江颖团队在实验室里首次观测并拍摄到了单个水的内部管理特性,看到了氢原子和氧原子在水里是怎样排列的。

  “当时大伙都非常兴奋。在拍到单个水的同時 ,大伙还拍到了由一三个白水组成的水团簇。”江颖回忆道,大伙发现水之间通过氢键连接的如果,居于着一定的方向性,对水之间网络特性的形成有了更多的了解。

  在氯化钠的下皮 ,水以那此样的特性居于,是“躺”着还是“站立”着?对此,学界居于争议,有理论模拟认为,水是“躺”在氯化钠下皮 的。而江颖团队的观测结果表明,水是“站立”在氯化钠下皮 上的。

  另一三个白,从微观层面来看,水和盐离子之间到底是怎样相互作用的?这突然是科学家们迫切想解开的谜团。

  早在19世纪末,科学家就日后日后刚结速了对离子水合过程的研究,但至今其中的许多疑问尚无。在江颖看来,究其导致 ,关键在于缺乏直接观测的实验手段,以及精准可靠的计算模拟措施 。

  在看清单个水的“本质”如果,江颖将研究视野扩展到了离子水合物。要研究离子水合物的微观特性和动力学行为,首先面临的挑战是制备单个离子水合物。

  虽然得到一杯盐水很容易,另一三个白要在一杯盐水里挑出单个的离子水合物却非常困难。离子水合物相互聚集、相互影响,水合特性也在不断变化,不助于高分辨成像。

  “对此,大伙经过不断的尝试和摸索,基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术。”江颖介绍道,将非常尖锐的金属针尖用做原子、世界的“机械手”,可不上能可控地制备单个离子水合物。

  制备出的单个离子水合物团簇后,接下来还要通缺乏分辨成像弄清楚其几何吸附构型。相比水团簇而言,离子水合物更加脆弱。对此,江颖团队研发了有五种非式原子力显微镜成像技术,在2018年得到了钠离子水合物的原子层次图像。

  在水科学实验领域接连取得的进展,使得江颖赢得了许多来学好术界的肯定。几乎拿到手软的他,非常看重的一份荣誉,却是大学2018年教学优秀。他把这份获证书摆在了柜子的最高一层。

  “日常工作中,科研是我的主业,教学好副业。但我还常看重你这俩项,很享受教书育人的过程。尤其是,帮助许多能力相对不没有突出的孩子,让大伙在学业上有提升,这我要更有成就感。”江颖说道。

  为了给本科生和研究生讲好《下皮 物理》这门课程,江颖会花如果心思去设计授课的内容和形式。在讲授知识的同時 ,江颖也藏有许多“”。他希望,通过上这门课,激发同学们从事科研,尤其是基础科研的兴趣。

  令江颖感到许多遗憾的是,出于许多现实导致 的考虑,物理专业有许多非常聪明的学生,毕业后没有从事相关科研工作,如果转行到金融或许多领域。

  “可不上能可不上能 发自内心的热爱,可不上能支撑大伙在科研道上走得更远。导致 能通过一门结合基础科学理论和前沿科学进展的课程,较早地激发大伙潜在的科研兴趣,是我讲好这门课程的最大动力。”江颖坦言。

  尽管一三个白学期的课程终究会日后日后刚结速,但师生间的良好互动却可不上能突然持续。课程日后日后刚结速后,前会不断有学生写信给江颖,讨论在科研中碰到的许多疑问。阅读学生来信时,江颖倍感欣慰与满足。

  对未知世界的强烈好奇,推动着江颖在科研领域不断探索新知。同時 ,他也想把好奇的种子更多地播撒在学生们的。

  江颖,籍贯四川省乐山市,大学物理学院博雅特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者,国家“万人计划”科技创新领军人才,主要从事凝聚态物理和物理化学研究工作,曾荣获陈嘉庚青年科学、中国青年科技、中国科学十大进展等项。

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