对科学家而言，水为什么被称为自然界最复杂的物质之一( 三 )
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这两种物质的尺寸大概有20个量级以上的差别。我们不得不感慨自然界竟然这么精巧，两种尺度相差这么大的物质，在图像上竟然是这么的一致。
“冰”的边界
我们既然能看到单个水分子，那么我们能干什么呢？
我们就能去慢慢地玩它、可以养它、也可以拍它。
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如果你去南极或者北极，在海面上有非常多的厚厚的冰层。这种冰层实际上是成千上万的水堆在一块儿形成的物质。
那能不能把这么厚的冰层一层一层地减薄，最后减到单层冰。单层冰的结构是什么样的？它是怎么长出来的？这会影响我们理解厚冰层的生成。
终于有一天，我们做成了这件事情。这个工作在今年（2020年）年初刚刚发表在《自然》杂志上。
我们看到了单层冰的高分辨原子结构图像，可以看到它是一个蜂窝状的结构，跟我们熟知的石墨烯蜂窝状结构一模一样，所以我们称它为类石墨烯结构。
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举个例子来看，对于锯齿状的边界，我们发现它首先在一个位置长出一个五圆环，然后五圆环再进一步延拓，长成一串的队列式五圆环，但是这些五圆环中间有一些空隙。
怎么办呢？水分子非常聪明，它能够直接嵌到这些空隙里面，把这些五圆环桥接在一块儿，像搭桥一样，最后把它变成最初始的六圆环状态，这就完成了一次生长。
这就是我们在显微镜下面看到的冰的真实生长状态。
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这是其中一个例子。我们做了一个看起来上面、下面一样的材料，但实际上我们已经对这个材料的上下两部分做了特殊的涂层处理，上面是抑制结冰的涂层，下面是促进结冰的涂层。
把这个材料放在水蒸气下面，然后降到低温状态，水就开始在表面凝结、结冰。
上面的涂层上长出的是非常粗糙的颗粒状的冰，下面的涂层上长出的是非常平整的冰层。这时候拿风一吹，上面这种冰粒很容易就被吹掉了，但是下面的冰层会牢牢地吸在表面上，怎么吹都不掉。
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比如研究冰层、大气中冰雨的形成。
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刚才讲的是纯水，但实际上水跟别的物质也会发生很有意思的相互作用。
其中一个相互作用称为“离子水合”。这个词听起来非常陌生，但是我举个例子大家一定会觉得非常熟悉。
如果我们把一勺盐直接倒在水里，再晃一晃，这个盐很快就没有了，因为盐都溶解在水中了。
盐为什么会溶解？从微观上看大概是这么回事：盐是氯化钠，是由氯和钠组成的晶体，把氯化钠泡在水里，水分子会慢慢地把钠和氯两种离子拽走，同时水分子会包裹在被拽走的离子周围，这样就形成一种团簇结构，这个团簇结构就是离子水合物，这个过程我们称为离子水合过程。
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我们在显微镜下面能够清楚地看到，由一个水和一个离子形成的水合物，两个水跟一个离子，三个水、四个水等不同数目的水分子可以跟一个离子形成千奇百怪的结构，而且它的构型也非常有意思。
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实际上，想看到盐水没那么容易。
一般情况下，我们把盐放在水里面来溶解成离子水合物，但是对于我们来说这种办法是不行的。
我们必须要用针尖人工造出单个离子水合物，这样才能让成像变得简单。
所以我们设计了一个非常有意思的办法，可以用针尖模拟水溶解离子的过程，人为地造出含有不同数目水分子的离子水合物，然后再去进行拍照。
除了看到水的状态之外，我们还发现当离子周围包裹了特定数目水分子的时候，这个离子水合物可以在表面非常快地扩散，这就是非常有意思的幻数效应。
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