因斯布鲁克大学 图例显示了沿c轴方向观察的冰六和冰十九晶胞之间的关系，以及它们的衍射图案的差异，颜色编码为冰十九的红色和冰六的蓝色
信用:因斯布鲁克大学 三年前，因斯布鲁克大学的化学家发现了新种类冰存在的证据
在那之前，已知有18种结晶冰
托马斯·勒廷领导的研究小组现在在《自然通讯》上报道了利用中子衍射解释冰十九的晶体结构
冰是一种多用途的材料
在雪花或冰块中，氧原子呈六边形排列
这种冰形式被称为冰一(ice I)
奥地利因斯布鲁克大学物理化学研究所的托马斯·勒廷解释说:“然而，严格来说，这些晶体实际上并不是完美的晶体，而是无序的体系，水分子随机地定向在不同的空间方向。”
包括冰一在内，到目前为止已知有18种结晶形式的冰，它们的原子排列不同
不同类型的冰，被称为多晶型物，根据压力和温度形成，具有非常不同的性质
例如，它们的熔点相差几百摄氏度
这位化学家解释说:“它可以与金刚石和石墨相媲美，这两种材料都是由纯碳制成的。”
冰冷的品种 当传统的冰被强烈冷却时，如果实验进行得正确，除了氧原子之外，氢原子可以周期性地自我排列
零下200摄氏度以下，这可能导致所谓的冰XI的形成，在冰中，所有的水分子都按照特定的模式排列
这种有序的冰形式不同于无序的母体形式，尤其是在它们的电学性质上
在目前的工作中，因斯布鲁克化学家处理母体形式冰六，它是在高压下形成的，例如在地幔中
像六边形冰一样，这种高压形式的冰不是完全有序的晶体
10多年前，因斯布鲁克大学的研究人员制造了这种冰的氢有序变体，并将其作为冰十五进入教科书
通过改变制造过程，三年前托马斯·勒廷的团队第一次成功地为冰六创造了第二个订单
为了做到这一点，科学家们大大减缓了冷却过程，并将压力提高到20千巴左右
这使他们能够以第二种方式在氧晶格中排列氢原子，并产生冰19
“我们当时发现了明确的证据，证明这是一种新的有序变体，但我们无法阐明晶体结构
“现在他的团队已经成功地用金标准来确定结构——中子衍射
冰六的模型，红色和蓝色的大球体代表氧原子，小球体代表氢原子
信用:因斯布鲁克大学 晶体结构已解决 为了澄清晶体结构，必须克服一个重要的技术障碍
在使用中子衍射的研究中，有必要用氘(“重氢”)代替水中的轻氢
“不幸的是，这也改变了制冰过程中的订货时间表，”勒廷说
“但是博士
D
学生托拜厄斯·加塞随后有了一个重要的想法，就是在重水中加入百分之几的正常水，结果大大加快了订购速度
“通过这种方式获得的冰，因斯布鲁克科学家终于能够在英格兰卢瑟福阿普尔顿实验室的高分辨率HRPD仪器上测量中子数据，并煞费苦心地解决了冰十九的晶体结构
这需要从测量数据的几千个候选者中找到最好的晶体结构——就像大海捞针一样
一个日本研究小组在另一个不同压力条件下的实验中证实了因斯布鲁克的结果
这两篇论文现已联合发表在《自然通讯》上
追踪冰雪的特性:化学家托马斯·勒廷
信用:因斯布鲁克大学 因斯布鲁克发现六种冰 虽然地球上有丰富的传统冰雪，但是在我们的星球表面上没有发现其他形式的冰雪——除了在研究实验室里
然而，高压形式的冰六和冰七被发现是钻石中的包裹体，因此被国际矿物协会(IMA)列入矿物清单
在特殊的压力和温度条件下，浩瀚的太空中形成了各种各样的水冰
例如，它们在天体上被发现，如木星的卫星木卫三，它被不同种类的冰层覆盖
冰十五和冰十九代表了冰物理学中第一对兄弟，其中氧晶格是相同的，但是氢原子的排列方式是不同的
“这也意味着现在第一次有可能在实验中实现两种有序冰形式之间的转变，”托马斯·勒廷高兴地报告说
自20世纪80年代以来，奥地利因斯布鲁克大学的研究人员负责发现了四种结晶冰和两种无定形冰
目前的研究工作是在因斯布鲁克大学材料和纳米科学研究平台的框架内进行的，并得到了FWF奥地利科学基金的资助
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