水創(chuàng)下了的最冷冰點(diǎn)的新紀(jì)錄

我們稱事物“冷如冰”，但那到底有多冷？水的冰點(diǎn)是我們離開學(xué)校之前都知道的事情之一：0 oC。然而，就像我們?cè)趯W(xué)校學(xué)到的很多東西一樣，它比我們最初學(xué)到的要復(fù)雜得多。事實(shí)上，水有許多冰點(diǎn)，通常需要遠(yuǎn)低于 0 oC (32 oF) 的溫度才能結(jié)冰?，F(xiàn)在，關(guān)于在剩余液體的情況下水有多冷的記錄已被打破。在這個(gè)過程中獲得的知識(shí)可以應(yīng)用于從器官移植到航空領(lǐng)域。

在 0 oC (32 oF) 以下，水仍然需要一個(gè)可以在其周圍結(jié)冰的成核位點(diǎn)。非常純凈的靜止水沒有成核點(diǎn)，可以冷卻到遠(yuǎn)低于 0 oC (32 oF) 的溫度而不會(huì)結(jié)冰。然而，讓東西足夠冷，即使是純度也不會(huì)阻止水結(jié)冰。

休斯頓大學(xué)的Hadi Ghasemi 博士一直在探索決定過冷水何時(shí)結(jié)冰的因素。在此過程中，Ghasemi及其同事在Nature Communications 上宣布，他們打破了最冷液態(tài)水的記錄——-44 oC (-47 oF)。這比之前的記錄低 6 oC (11 oF)。 Gahsemi 用來創(chuàng)造新記錄的水滴小到看不見，只有幾納米寬。

“對(duì)幾個(gè)納米水滴的凍結(jié)溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探測(cè)一直是一個(gè)懸而未決的挑戰(zhàn)。在這里，通過新開發(fā)的計(jì)量學(xué)，我們已經(jīng)能夠探測(cè)從微米級(jí)到 2 納米級(jí)的水滴凍結(jié)，”Ghasemi 在一份聲明中說。該論文指出，問題在于微小的水滴可能會(huì)蒸發(fā)或聚集在一起，從而難以單獨(dú)研究它們。

Ghasemi 說：“我們發(fā)現(xiàn)，如果水滴與軟界面接觸，凍結(jié)溫度可能會(huì)明顯低于硬表面。” 作者將各種尺寸的液滴放入氧化鋁膜孔中，周圍是油，并報(bào)告了 10 到 2 納米（0.00000004-0.0000004 英寸）之間冰點(diǎn)的主要差異。

沒有油，膜壁充當(dāng)成核點(diǎn)，液滴在 0 oC (32 oF) 或接近該溫度時(shí)凍結(jié)。然而，來自油的壓力和缺乏堅(jiān)硬表面的結(jié)合使液滴保持液態(tài)。

先前的研究表明，液態(tài)水至少需要 275 個(gè)分子才能形成結(jié)晶冰。直徑遠(yuǎn)小于 2 納米的水滴缺乏形成冰晶的分子，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)需要 -183 至 -158 oC（-297 至 -252 oF）的溫度才能成核，但這么小的東西不一定被認(rèn)為是液體.

對(duì)這一成果成功的模仿可能使醫(yī)院能夠冷凍器官，而不必在時(shí)間壓力下進(jìn)行移植，或控制飛機(jī)機(jī)翼上的結(jié)冰。即使我們自己沒有將水冷卻到如此低的溫度，了解它是如何發(fā)生的也可以改進(jìn)云形成的建模，從而改進(jìn)天氣和氣候預(yù)測(cè)。