冰的晶貌形态变化情况以及晶体生长与应变之间的函数关系。
水在室温下会结冰吗？“暖冰”这个概念对普通人来讲很像天方夜谭。但通过控制液体变成固体的结晶过程，是有可能实现的。原则上来说，不仅可以通过改变温度制造暖冰，采用改变压力的方式也能完成这个“魔术”。然而，后者需要对水施加约1万倍大气压的极端压力。
sciencedaily.com网站6月25日报道，韩国标准与科学研究院（KRISS）的研究人员成功制造了室温冰，并通过将水动态压缩至约1万个大气压，控制了冰的生长行为。在实验过程中，研究人员通过系统地改变压缩率，发现了三维冰到二维冰的突然形态变化。并通过研究冰形貌和生长速度变化，揭示了冰异常生长中的内在机制。KRISS开发的高压技术和实验研究对生物、食品、医疗和航空航天等领域均有重大影响。项目的相关成果刊登于《美国国家科学院院刊》杂志中。
在自然界中，冰的晶型有上万种，如六边形片状、柱状和树突状等。形态各异的冰晶不仅具有重要的工业应用价值，也吸引了人们的研究兴趣。例如，利用压力而非温度控制冰晶的形成可以解决冰的保存问题。这一问题对应的典型应用是食物的保存。肉类在常压下冷冻时，会产生大量针状的六边形片状冰晶，进而造成损伤。这就是冷冻室内保存的肉类不再多汁，味道远不如新鲜肉类的原因。然而，如果在高压下冷冻肉类，形成的冰晶多样化程度较高，并且大部分冰晶的棱角也相对不那么锋利，从而保护了冻肉的质量。再比如，飞机在低温下飞行时，机翼表面会结冰，如果冰晶的形成不正常，机翼的形状就可能发生变化，最终造成事故。因此，控制冰晶的生长速度和形态，对飞机的安全性和飞行效率均有很大影响。
KRISS的科学家Yun-Hee Lee等开发的“实时动态高压”装置，可快速形成高压环境。他们利用该装置研究了高压下冰晶的生长情况，并成功在室温条件下制造了冰，以及通过动态压力控制将三维八面体冰晶转化为二维翼状冰晶。
此前，类似的研究将重点放在温度和浓度的控制。但是由于不可避免的热扩散和质量扩散时滞，研究人员无法清楚地观察到晶体的快速生长过程。采用压力控制策略可以克服前面的限制，使研究人员对水分子的结晶过程有更加详细的了解。
KRISS研究人员Yun-Hee Lee说：“高压冷冻技术的应用可以促成新的冰晶形貌和冷冻过程，从而保持食物的新鲜程度与口感。将该技术进一步应用于新鲜食品的冷链系统，有望进一步提高食品物流行业的市场性。”KRISS研究人员Geun Woo Lee解释说：“这项技术还可以用于分析其他晶体的结构。”KRISS研究人员Sooheyong Lee补充说：“在极端高压下，科学家有可能发现新的材料特性。因此，貌似已经到达极限的科学技术有望被推向新的维度。”
科界原创
编译：雷鑫宇 审稿：三水 责编：张梦
期刊来源：《美国国家科学院院刊》 期刊编号：0027-8424
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190625133441.htm
版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。
