在探索微观世界的道路上，科学家们不断突破极限，用先进的仪器解锁自然界的奥秘。近日，一项关于二维水传输结构超润滑性的研究，通过使用扫描探针显微镜(SPM)，取得了突破性进展，为科研界带来了新的启示。
二维冰，作为一种独特的物质形态，在近年来引起了科学家们的广泛关注。由于其独特的物理和化学性质，二维冰在材料科学、生物科学以及环境科学等领域展现出了巨大的应用潜力。然而，由于其高度的微观性和不稳定性，二维冰的研究一直面临着巨大的挑战。
近日，北京大学物理学院量子材料科学中心江颖教授、王恩哥院士等组成的研究团队给出了肯定的答案，他们利用自主研发的国产qPlus型扫描探针显微镜，发现了二维冰在石墨烯表面上的超润滑行为，澄清了低维受限条件下超快水传输特性的根源。
“超润滑常见于非公度的刚性晶体界面，能在相对柔性的二维冰体系中发现超润滑是非常出人意料的。原子尺度受限体系中的水很可能形成了类似于冰的有序结构，并表现出超润滑特性，这或许就是这些体系中超快水输运的起源。”王恩哥表示，这一机制将推动纳米流体工程和纳米摩擦学的发展。
扫描探针显微镜作为一种强大的纳米表征工具，具有极高的空间分辨率和灵敏度，能够实时观测到物质表面的原子排列与分布状态，以及和样品表面电子行为相关的物理化学性质。在本项研究中，科学家们运用扫描探针显微镜，直接看到了石墨烯和氮化硼表面上二维冰的原子结构。结果表明，这两种表面上的二维冰都呈现出双层互锁的六方冰相，这种二维冰相与表面之间形成了很弱的范德华相互作用。研究人员能够精确地移动单个原子或分子，甚至还能测量出原子级别的摩擦力。
随着科研技术的不断进步，扫描探针显微镜的性能也在不断提升。未来，随着更多高性能、多功能的扫描探针显微镜的问世，我们有理由相信，科研界将能够解锁更多自然界的奥秘，为人类社会的发展做出更大的贡献。
相关成果Probing structural superlubricity of two-dimensional water transport with atomic resolution于近日发表于《科学(Science)》。
参考来源：中国科学报
