“冰”變得更冷了：通過從隻有幾百個分子大小的微小液滴中制造冰，研究人員将水的冰點降低到前所未有的水平，并改變了我們對冰形成方式的了解。

了解水如何以及為什麼會變成冰，對于理解各種自然過程至關重要。氣候波動、雲動态和水循環都受到水冰轉變的影響，生活在冰凍條件下的動物也是如此。

例如，木蛙通過讓身體結冰來在陸地上過冬。這使它們能夠比在水下深冬而不會結冰的物種更快地擺脫冬眠。但是冰晶可以使細胞膜破裂，因此使用這種技術的動物需要找到一種方法來防止冰在其細胞和組織中形成。更好地了解水如何凍結可以更好地了解這些極端物種。

雖然經驗法則是水在 32 華氏度（0 攝氏度）時結冰，但在某些條件下，水實際上可以在寒冷的溫度範圍内保持液态。直到現在，人們認為這個範圍在負 36 F（負 38 C）時停止；低于此值，水必須結冰。

但在 11 月 30 日發表在《自然通訊》雜志上的一項研究中，研究人員設法在低至負 47.2 華氏度（負 44 攝氏度）的溫度下使水滴保持液态。

他們的突破有兩個關鍵：非常小的液滴和非常柔軟的表面。他們從 150 納米（僅比流感病毒顆粒大一點）到 2 納米（隻有 275 個水分子）的小液滴開始。這種液滴尺寸範圍幫助研究人員揭示了尺寸在從水到冰的轉變中的作用。

“我們涵蓋了所有這些範圍，以便我們能夠了解冰将在何種條件下形成——何種溫度、何種尺寸的水滴，”該研究的合著者、休斯頓大學機械工程教授 Hadi Ghasemi 說。“而且更重要的是，我們發現如果水滴被一些柔軟的材料覆蓋，凍結溫度可以被抑制到一個非常低的溫度。”

他們使用的軟材料是辛烷，一種圍繞陽極氧化鋁膜納米級孔内每個液滴的油。這使得液滴在更大的壓力下呈現出更圓的形狀，研究人員表示，這對于防止在這些低溫下結冰至關重要。

由于基本上不可能在這些小尺度上觀察到凍結過程，因此研究人員使用電導的測量方法——因為冰比水的導電性更強——以及在紅外光譜中發射的光來捕捉液滴轉變的确切時刻和溫度。水結冰。

他們發現，液滴越小，形成冰的溫度就越低——而對于 10 納米或更小的液滴，冰形成的速度急劇下降。在他們測量到的最小的水滴中，直到水達到令人毛骨悚然的負 44 攝氏度時，冰才形成。

這是否意味着雲和生物細胞内的微小液滴會變得比我們想象的更冷？“作為一名科學家，我會說我們還不知道，”加塞米說。

Ghasemi 說，但這一發現可能對人造材料的防冰意義重大，例如航空和能源系統中的材料。如果軟表面上的水需要更長的時間來凍結，工程師可以将軟硬材料混合到他們的設計中，以防止冰在這些表面上積聚。

“有很多方法可以使用這些知識來設計表面以避免結冰，”Ghasemi 說。“一旦我們有了這個基本的理解，下一步就是基于軟材料對這些表面進行工程設計。”

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!