最新消息！經典成核理論被證實，我國科學家首次在實驗中發現臨界冰核！這一發現讓科學界為之沸騰，到底什麼情況，我們來看看！

或許大部分對于“臨界冰核”的概念較為陌生，其實通俗來說它就是一種水和冰相互轉換的過程，即水凝結成冰，或冰融化成水。

​

在常人看來，這是一種再普通不過的現象，冰融化是因為外界溫度達到并超過冰的熔點，冰自然就融化了，理解的更深一點無非就是熱傳遞，初中的時候大家都學過這一概念。兩個物體間存在溫度差,就會發生熱傳遞,内能由高溫物體傳到低溫物體,直到兩個物體溫度相同為止.所以冰融化是因為有溫度比冰高的物體和冰之間發生熱傳遞,使冰的溫度達到熔點後繼續吸熱而熔化。而水凝結成冰則與其前者相反，當外界溫度非常低，甚至低于0度時，水和外界溫度存在一定的溫度差，于是外界溫度就會強制釋放水所含的熱量，使水分子間的距離變小，漸漸地它就凝結成冰了。

​

但是科學家們研究是更加微觀的結構，即水凝結冰時在微觀層面下發生的肉眼無法觀測到的現象，科學家稱它為“成核”！所謂成核就是指新相在舊相中開始形成時，并非在亞穩系統（瀕臨穩定狀态的結構）的全部體積内同時發生，而是在舊相中的某些位置産生小範圍的新相，通過圍觀顯微鏡我們實際上在新相和舊相之間有比較清晰的分界線。

​

什麼是“相”呢？所謂“相”是指物質存在的狀态，在同一相中，化學組成與物理性質是均勻的。以純水為例，它以水的液态、水蒸氣的氣态、及冰的固态三種狀态存在，分别稱為液相、氣相和固相。同時，當溫度、壓力等環境條件改變時，物質可能從原來存在的相轉變成另一相，産生所謂的“相變化”，而相變化中所産生的原理，則是“成核理論”的研究目标！

​

我們要如何簡單地理解“成核”呢？舉例來說，水凝結成冰時，水的全部液相并不會瞬間被固相所代替，它必然是從液相的某一個部分逐漸開始變成固相，最終當外界環境溫度保持能夠保持0度或者持續降低，水的液相就會逐漸被固相所代替，而變成固相的那個時刻的新相即為成核。之所以有成核是物之必然，就像你打破一個玻璃，必然是擊中玻璃的那個點開始裂開，最後開始延伸到全部，而不是瞬間全部裂開。

​

而臨界冰核就是科學家所要研究水冰結成冰成核的那個狀态，數百年前，科學家提出了著名的成核理論，但是成核理論所要求的觀測尺度非常狹小，幾乎處于納米級别。當時美國物理學家吉布斯基于簡單假設，提出了成核中的“臨界冰核”這一概念。然而，“臨界冰核”的真實面目卻始終沒人見過。即便如此，科技的發展已經足以讓科學家證明成核理論，但是對于成核理論中的關鍵----臨界冰核依然無從下手。但是，這一次，我國科學家揭開了這一長期以來困擾着科學界的謎題！

​

這是一次史無前例的發現，我們知道要在納米級别上測量一個物質狀态是非常困難，更何況要捕捉物質變化的某個瞬間。而我國中科院化學所王健君、中國科學院大學周昕團隊創新性地使用了納米級的尺子來測量臨界冰核的尺寸，最終他們如願以償成功地發現了臨界冰核的大小！

​

據了解，此次實驗的過程大略是這樣的，我國科學家采用了系列尺寸固定的納米級尺子，來度量‘臨界冰核’，接着在實驗中持續降低溫度以使冰核達到臨界所需尺寸，當這個尺寸恰好與納米顆粒尺寸相當時，這時候關鍵來了，因為此時的臨界冰核就容易形成，從而導緻區域固相代替液相，發生成核過程。最後研究發現‘冰核’臨界尺寸的直徑約為10納米左右，這是水分子聚集形成冰晶結構，并快速形成大冰晶所需的最小臨界尺寸。此外，研究人員還通過理論計算分析，發現冰成核自由能壘的突變來源于納米片邊界效應導緻的臨界冰核形狀的變化。

​

毫無疑問，這一實驗的難度可想而知，任何細微的操作以及缜密的思維都必不可少，我國科學家朝這個方向邁出了重要的一步，解開了這一塵封科學界數百年的謎題，為人類的可持續發展提供了寶貴的線索，該項課題研究加深了對水結冰這一重要相變現象的微觀機制的理解，也為實現人為控冰應用提供了重要理論指引，例如調控冰晶形成和生長、提高細胞組織等冷凍保存的複蘇效率、提高食品制作冷藏的保鮮度等，将在化學工業、低溫生物學、材料科學等領域發揮至關重要的作用。

12月19日淩晨，新一期《自然》雜志發表了中國科學院化學研究所、中國科學院大學及河北工業大學研究人員的這一重大成果，祝賀他們！

對臨界冰核感興趣的讀者，你可以直接用今日頭條app上方的搜索框輸入“臨界冰核”就能看到豐富的關于臨界冰核的知識了，趕緊去搜索吧。

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!