大气气溶胶上的非均质冰成核作用会严重影响地球的气候，在微观层面上，尽管表面不规则性引起的冰晶化行为具有普遍性，但至关重要。由于缺乏直观的证据和有效的实验方法，人们对气溶胶表面原子结构相关的结冰机制知之甚少。

有鉴于此，南昌大学Linfeng Fei报道了选择高度定向的热解石墨（HOPG）来代表碳烟(一种主要的气溶胶)，并用环境扫描电子显微镜（ESEM）对冰的形成进行了原位观察。从微观上揭示了由石墨基底上的原子台阶诱导的冰晶的定向生长行为。

文章要点

1）在生长过程中，冰晶的(0001)基面通常平行于衬底表面。由于石墨的台阶厚度和冰晶格的层间间距之间存在可比的关系，原子台阶的存在不会破坏冰覆层的堆积。

2）生长的六边形冰晶沿台阶方向排列，其中一个a轴与下面的台阶边缘重合。同时，由于水分子传输和结晶动力学之间的竞争关系，冰晶生长过程被划分为两个阶段的机制。此外，由于台阶边缘的限速输送动力学，冰晶总是沿着台阶边缘生长。

本研究揭示了原子表面缺陷在非均相成冰过程中的作用，为实际应用中控制结冰相关过程铺平了道路。

Zhouyang Zhang, et al, Atomic Steps Induce the Aligned Growth of Ice Crystals on Graphite Surfaces, Nano Letters, 2020

DOI：10.1021/acs.nanolett.0c03132

https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03132