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2022年，我们完成了一个冰生长观测室，该观察室融合了直立的激光共聚焦差分干扰显微镜（LCM-DIM），并成功地检测到了从总反射prism中从细颗粒中散射出evanexent Light的散射。但是，不可能准备有效地异上生长的透明底物在完全反射棱镜上生长单晶冰（最初，假定云母是云母（MICA），但不适合以良好的重复性生长基础表面），并且无法检测到Evanecent of Evanecent of Evanect of the Ice表面和散布的光线。当我们接近财政年度的结束时，已经发现，通过将石蜡沉积在玻璃基板上，可以有效地外恋种植冰单晶体基底表面。此外，在探索各种生长底物的同时，使用氯化钠晶体进行初步观察显示出非常有趣的结果，这表明了Delique现象与冰的表面熔化之间的相似性。具体而言，当我们观察到高湿度区域中氯化钠晶体表面的动态，从而导致低湿度区域的偏差区域，结果发现，由层次而产生的水膜并不能简单地增加薄膜厚度，从而响应湿度，而是通过湿润状态的湿润状态和湿润状态的变化而变化，并通过湿润的状态进行了湿润状态。水膜内的氯化钠晶体。这些水膜的特征与冰表面上伪液层的行为非常相似。这项研究发现，该研究主题可能会导致对表面水和冰的相过渡现象的更统一的理解。

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）

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：
Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials
影响因子：
5.1
作者：
Sazaki Gen;Inomata Masahiro;Asakawa Harutoshi;Yokoyama Etsuro;Nakatsubo Shunichi;Murata Ken-ichiro;Nagashima Ken;Furukawa Yoshinori
通讯作者：
Furukawa Yoshinori

氷の融液成長界面における秩序形成と成長ダイナミクス

冰融生长界面的有序形成和生长动力学

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kano Emi;Kataoka Keita;Uzuhashi Jun;Chokawa Kenta;Sakurai Hideki;Uedono Akira;Narita Tetsuo;Sierakowski Kacper;Bockowski Michal;Otsuki Ritsuo;Kobayashi Koki;Itoh Yuta;Nagao Masahiro;Ohkubo Tadakatsu;Hono Kazuhiro;Suda Jun;Kachi Tetsu;Ikarashi Nobuyuki;村田憲一郎
通讯作者：
村田憲一郎

The emergence of drop-type and thin-layer-type quasi-liquid layers on ice crystal surfaces and their thermodynamic origin

冰晶表面水滴型和薄层型准液态层的出现及其热力学起源

DOI：
10.1016/j.jcrysgro.2022.126853
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Crystal Growth
影响因子：
1.8
作者：
Sazaki Gen;Murata Ken-ichiro;Asakawa Harutoshi;Nagashima Ken;Nakatsubo Shunichi;Furukawa Yoshinori
通讯作者：
Furukawa Yoshinori

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