临界晶核的实验探测验证和临界冰核尺寸测量数据数据集

基于热力学理论的“经典成核理论”认为只有当初级晶核尺寸超过临界尺寸以后，晶体的生长才是自由能降低的自发过程。大量研究工作已经证实了经典成核理论的许多推论，但是对其核心概念“临界核”的认识长期停留在理论阶段，始终没有直接的实验证据。本项目使用准确控制尺寸的氧化石墨烯纳米片探测水结冰过程中随机形成的、瞬间存在的纳米尺寸临界冰核，首次获得存在临界冰核的实验证据，并测量了不同过冷度下临界冰核的尺寸。将平均横向尺寸分别为3、8、11、21、50 nm的纳米片分散于水滴中，观测水滴的结冰过程。随着纳米片尺寸增加，水滴的结晶成核温度和冰成核延迟时间会在特定点(L∙ΔT ≈ 200 nm∙K)发生突变，L是纳米片尺寸，ΔT是过冷度。当L∙ΔT > 200 nm∙K时，成核温度和延迟时间均发生突变。这个突变的原因是冰核在纳米片边缘处的锚定效应。分析发现当纳米片尺寸与临界冰核尺寸相当时，成核理论预测的成核能垒与纳米片锚定效应产生的能垒相当。本数据集测量得到了临界冰核尺寸，观测了不同过冷度下包含氧化石墨烯纳米片水滴的冷冻过程，主要记录了冰成核延迟温度、纳米片尺寸、临界冰核尺寸。

搜集汇总

背景与挑战

背景概述

该数据集首次通过实验探测验证了临界冰核的存在，并测量了不同过冷度下的临界冰核尺寸。数据记录了冰成核延迟温度、纳米片尺寸等关键参数，为经典成核理论提供了直接实验证据。