«Ледяные кристаллы встречаются повсеместно и могут дать ответ на некоторые очень важные фундаментальные вопросы о нашей окружающей среде, но до сих пор у нас не было инструментов для надежного воспроизведения граней ледяных кристаллов в лаборатории для исследования», – сказала Мэри Джейн Шульц, доктор философии.D., профессор химии в Школе искусств и наук Университета Тафтса. "Этот новый процесс откроет двери для областей исследований, которые были для нас ранее закрыты."
Открытие может, например, позволить исследователям лучше понять, как пар взаимодействует с кристаллами льда в облаке, вызывая дождь, какие загрязнители прикрепляются к кристаллам льда и почему нет двух одинаковых снежинок, сказал Шульц, главный исследователь Лаборатории воды. и анализ поверхности. Эти ответы могут иметь значение для таких важных вопросов, как рассеяние дождевых облаков и защита окружающей среды.
По словам Шульц, ученые искали надежный способ подготовки поверхности кристаллов льда в лаборатории, по крайней мере, с 1930-х годов, и она начала пытаться более 15 лет назад. «Я думал, что вырасту кусок льда, и все готово, но это очень необычный материал, с которым сложно работать. Предыдущие методы выращивания и приготовления кристаллов не были надежными и давали результаты, которые нельзя было воспроизвести."
Эти ограничения мешали ученым изучать структуру и динамику льда на молекулярном уровне. Это оставило пробелы в нашем понимании той важной роли, которую лед играет в окружающей среде, такой как транспортировка веществ через космическое пространство, формирование поверхности Земли и обработка разрушающих озон молекул в стратосфере.
В 2013 году лаборатория Шульца сделала гигантский шаг к устранению этих ограничений, изобретя специальный аппарат для выращивания больших образцов монокристаллического льда. Но выбрать конкретное лицо из этого льда так и не удалось.
Шульц считает, что ее последний прорыв в области простой геометрии и тригонометрии. Самый распространенный тип льда, называемый Ih или «ледяной час», состоит из молекул воды в форме гексагонального кристалла в упорядоченной повторяющейся структуре, называемой решеткой.
Шульц обнаружила, что, используя определенные измерения и формулы, она может определить ориентацию решетки кристалла, связанную с поверхностью, и использовать эту ориентацию для точных срезов любой из граней кристалла.
По ее словам, способность выбрать желаемую грань важна, поскольку она позволяет исследователям изучать динамику и структуру молекулярного уровня, а также то, как другие молекулы связываются с определенными гранями кристалла.