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吃冰棍启发科学家揭示融冰机制，死磕十年研制气体检测纳米材料

发稿时间：2025-03-15 19:54:00 作者：张茜 来源： 中国青年报客户端

　　中青报·中青网记者 张茜

　　你有没有经历过这样的场景：炎炎夏日吸吮半融的冰棍，果汁被吸走后留下类似蜂窝状的冰壳？科学家正是受这一现象启发，开启了一场持续十年的科学追踪。前不久，华南师范大学教授王耀团队首次证明了融化冰内部存在微小的球状液滴，进一步揭示了冰的内部融化机制，并基于这一机制发明了“冰融诱导冻干”技术，有望应用于批量制造甲醛等气体检测微纳材料，相关成果发表在《美国化学会志》上。

　　目前正在沙特阿卜杜拉国王科技大学工作的陈卓博士是这一项目的主要研究人员之一，长期专注于高性能气体传感领域的研究。2015年一个下午，他正在进行一项常规实验：制备一种含有石墨烯片的冰样品，但由于操作延迟，本该迅速放入冷冻干燥机中进行真空脱水的冰样，出现了轻微的融化。就在他以为实验要失败时，显微镜下的意外景象让他心跳加速——本该卷曲形成纳米管的石墨烯片，竟包裹形成了一个个整齐排列的石墨烯空心微球。

　　“就像我们吸掉了冰棍里的甜水，融化产生的液体被干燥机抽走后，柔性的石墨烯片顺势贴合在剩余的冰腔内，并最终被特有的‘模具’变成了空心球。”陈卓回忆道，这个意外让他联想到儿时吮吸冰棍的情景，进而大胆推测：冰的融化并非仅发生在表面，其内部融化后形成的液体可能是以球状液滴的形式存在的？实验产生的石墨烯空心球，正是对融冰内部的液滴形态的精准复刻？

　　受到这一现象的启发，陈卓决定给冰做“CT扫描”。在导师王耀，现华南师范大学先进光电子研究院副院长的指导下，他与上海大学教授石国升等团队合作，展开了一场长达近十年的“马拉松式”研究，从理论层面系统解析了这一过程。

　　“当冰开始融化时，部分水分子会‘叛逃’原有冰晶结构，逐渐聚集成球状液滴。”王耀解释道，正是这些直径仅有头发丝1%的液滴，成为制造石墨烯空心微球的天然模具。

　　王耀介绍，该团队基于此理论研发出一种“冰融诱导冻干”成型技术，即通过精确控制冰融化的时间，批量制备出尺寸可控的石墨烯空心微球。进一步探索发现，如果给这些肉眼看不见的“泡泡”石墨烯空心球镀上铂金涂层，每个泡泡都会变成超高灵敏度的“电子鼻”，这种新材料对甲醛的检测灵敏度可达到5ppb（十亿分之五浓度）。

　　王耀表示，这项技术未来有望应用于室内外空气质量监测、呼气疾病检测以及便携式气体传感器等的研发。

　　但这个已经讲了十年的故事还没结束，如果在石墨烯空心球上镀一层其他的材料或许还会有其他新用途？陈卓认为这项研究还有很大的想象空间。

 
责任编辑：邱晨辉，梁国胜
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