大家好，這里是老上光顯微鏡知識課堂，在這里你可以學到所有關于顯微鏡知識，好的，請看下面文章： 水合鈉的亞分子分辨率成像。從左到右，獲得了五種離子水合物的原子結構、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和原子力成像（AFI）模擬。圖像大小：1.5nm×1.5nm。
    
     北京，5月14日（趙祝慶）最近，中國科學家率先走在世界前列，獲得了水合鈉離子的原子級分辨率圖像，并發現了水合鈉離子輸運的神奇效應。電池、海水淡化、生物離子通道等熱點話題。
    
     這項研究成果于5月14日在國際學術期刊《自然》雜志上發表，研究成果由北京大學蔣穎、徐麗梅、高一琴、北京大學化學與分子工程學院、王鞥鍔、中科院、北京大學聯合完成。逆境。
    
     水是自然界中最豐富、最熟悉和未知的物質，為什么水如此神秘中國科學院院士王恩格是這篇文章的作者之一，他告訴記者，由于水分子中的氫原子是元素周期表中最輕的原子，所以不可能直接用元素周期表中的應用較簡單的經典粒子模型，但需要全量子模擬，即必須把水分子的核和電子看作量子，這大大增加了研究的難度。
    
     水與其他物質的相互作用也是一個非常復雜的過程。根據北京大學物理學院量子材料科學中心的蔣瑩教授所說，論文的作者之一，最常見的過程是離子的水合。離子在水中溶解，由溶解形成的離子不會在水中解離，而是與水分子結合形成稱為離子水合物的團簇。離子水合可以說是普遍存在于許多物理、化學、生物過程之中，如鹽溶解、離子水合等。化學反應、生活中的離子遷移、空氣污染、海水淡化、腐蝕等。
    
     離子水合物的微觀結構是什么它是如何移動的這些問題一直是學術界爭論的焦點，人們早在19世紀末就認識到了離子水合現象的存在，并開始系統地研究。但經過100多年的努力，離子水化殼的數量、每個水化層中水分子的數量和構型、水化離子對水-氫鍵結構的影響以及決定hy輸運性質的微觀因素。研究了離子注入，許多問題，如SU等，至今尚未解決。
    
     近年來，王恩格、江英和同事們、同學們共同開發了原子級的高分辨率掃描探針技術和光元件系統的全量子化計算方法，為原子能級的原子能譜分析積累了豐富的實驗和理論基礎。UDY。
    
     為了解決這個問題，研究人員開發了一套獨特的基于掃描隧道顯微鏡（STM）的離子操縱技術，用于制造單個離子水合物，該離子水合物使用非常鋒利的金屬在氯化鈉膜的表面上移動，吸收。單個鈉離子，然后拖曳水。分子與它們結合。得到含有不同數目的水分子的單個水合鈉。
    
     實驗制備單個離子水合物簇面臨的第二個挑戰是通過高分辨率成像來闡明其幾何吸附構型。
    
     為了解決這一問題，研究人員開發了一種基于一氧化碳修飾的無創原子力顯微鏡（AFM）成像技術，該技術能夠被極弱的高階靜電力掃描。RST原子分辨率成像，并成功地確定了其原子吸附構型。
    
     這是世界上幅離子水合物在真實空間中的原子級圖像，圖像相當清晰：不僅可以地確定水分子和離子的吸附位置，而且水分子取向的微小變化也可以是直接的。可以看出，空間分辨率幾乎達到原子極限。
    
     在獲得離子水合物的顯微圖像之后，研究人員進一步研究了它們的動力學輸運性質并發現了一個有趣的效應：當氯化鈉晶體在表面上移動時，含有特定數量的水分子的水合物鈉似乎受到炒作。它比其他水合物快10-100倍，研究人員稱這種特性為動力學的幻數效應。
    
     為什么會出現這種奇怪的現象呢通過模擬，研究人員發現這種神奇的效果是由于離子水合物和表面晶格之間的對稱匹配造成的。簡單地說，含有1、2、4和5個水分子的水合鈉很容易被捕獲在氯化鈉晶體的表面。含有3個水分子的離子水合物，由于其對稱性和底物失配，很難被捕獲，因此在表面上快速滑動。
    
     本文建立了離子水合物微觀結構與輸運性質之間的直接關系，并刷新了受限體系中離子輸運的傳統認識。
    
     眾所周知，這項研究工作受到了自然界三個不同領域的評論家的贊揚和贊賞。他們相信這項工作將立即引起理論表面科學和應用表面科學的廣泛興趣，為控制水合碘的運輸提供一條新的途徑。NS在納米尺度上的表面，并擴展到其他水合系統。
    
     王恩格院士介紹說，這項研究的結果表明，通過改變材料表面的對稱性和周期性，我們可以選擇性地增強或削弱某些離子的輸運能力，這對于許多相關的應用具有潛在的意義。
    
     例如，可以開發新的離子電池。蔣英告訴記者，我們現在使用的鋰離子電池的電解質一般由高分子聚合物組成，根據這一最新研究，有可能開發出基于水合鋰離子的新型電池。這種電池將大大提高離子轉移速率，從而縮短充電時間，增加電池功率，更加環保，成本也會大大降低。
    
     為腐蝕防護、電化學反應、海水淡化、生物離子通道等前沿領域的研究開辟了一條新的途徑，同時，所開發的高精度實驗技術也有望應用于海洋環境監測中。E和更廣泛的水合物系統在未來。
    
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