水可以在多低温度下不结冰?最新纪录是零下44度 – 新浪网

  撰文|休斯敦大学(University of Houston)
  翻译|谢汝雨
  审校|郑昱虹
  水会结冰似乎是一件理所当然的事情,但其实水结冰的过程如何发生、为什么会发生,仍是科学界的一大谜团,也是休斯敦大学机械工程学副教授哈迪·卡西米(Hadi Ghasemi)等研究“冰”的科学家密切关注的问题。为了研究在分子水平上水结晶成冰的过程,卡西米在直径2纳米的尺度下对水到冰的相变过程进行了观察。
  卡西米在研究这些小水滴时有了一个新发现:让这些小水滴与诸如凝胶或脂类的柔性界面接触,就可以打破水结冰的温度限制,使它们在极低的温度下仍保持液态。
  这项研究近日发表于《自然·通讯》(Nature Communications)杂志。卡西米说:“我们发现,水滴在接触柔性界面时,比接触硬性界面时的冰点更低。一些纳米尺度的水滴在接触柔性界面时,可以在低达-44℃的温度下保持不结冰。”
  此前,水的冰点的极限是-38℃,也就是说,无论在任何情形下,水滴都会在0℃~-38℃之间的某个温度下结冰,而低于-38℃时水滴必然会结冰。现在,这个纪录被打破了。
  微小水滴的结冰过程对动物在寒冷环境下的生存有重要的影响,因为细胞内的水滴凝固会导致细胞破裂和死亡。此外,微小水滴的结冰过程,对气候预测、云层状况、低温冻存器官以及发展飞机和风力涡轮机等面临结冰挑战的技术,都发挥着关键作用。
  卡西米说:“通过实验探测几纳米尺度水滴的冰点,一直是个悬而未决的难题。在我们的最新研究中,通过新开发的测量技术,我们能够研究的结冰过程,已经从微米尺度缩小到2纳米的尺度。
  先前,卡西米利用应力局部化(stress localization)的新概念发明了一种应用于航空航天领域的抗冰材料。而他这次的发现有助于加深我们对水结冰这种自然现象的理解,可以为设计航空设备、风能开发的基础设施以及低温贮存系统的抗冰系统提供参考。
  原文链接:
  https://phys.org/news/2021-12-limit.html
  论文链接:
  https://www.nature.com/articles/s41467-021-27346-w
  本文转自《环球科学》
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