科学家刚刚证明，水的结冰温度可能比我们认为的还要低。休斯顿大学的一个工程师团队采用尺寸仅150纳米的微小水滴，将临界温度阈值推高至-44摄氏度（-47.2 华氏度）——并且更重要的是，准确地测量了它。
这项成就现在可以帮助我们更好地了解水是如何结冰的，这对从气象学到冷冻保存的一系列科学领域都有影响。
“对几纳米水滴的冻结温度进行实验探测一直是一个悬而未决的挑战，”德克萨斯州休斯顿大学的机械工程师 Hadi Ghasemi 说，“在这里，通过新开发的计量学，我们已经能够探测从微米级到 2 纳米级的水滴冻结情况。”
我们大多数人都不太会考虑水，因为它无处不在，对我们的生存至关重要。但是普通的H2O实际上很奇怪；它不像任何其他液体。甚至它冻结的方式也很奇怪：其他液体在冷却时密度会增加，而水在冻结时实际上密度会降低。
水的行为已经得到了很好的表征和研究。例如，我们知道它往往会在各种温度下成核或形成冰晶，有时甚至会抵抗-38摄氏度的过程。任何更冷，甚至最顽固的水分子都会像冰一样粘在一起。
Ghasemi 及其同事通过将纳米水滴放在柔软的表面（如凝胶或脂质）上来降低温度。然后，他们使用电阻计量学和傅里叶变换红外光谱法探测液滴，以测量它们冻结时的温度。
表面和微小液滴之间的软界面似乎在抑制冰成核中起作用，可能是因为界面对液滴产生大压力的方式。
这是因为水的结冰温度随着环境压力的升高而下降。最明显的效果是在一滴直径仅为 2纳米的水滴中。
“我们发现，如果水滴与软界面接触，冻结温度可能明显低于硬表面，”Ghasemi 解释说，“此外，如果与软界面接触，几纳米的水滴可以避免冻结到 -44 摄氏度。”
微小水滴冻结的方式对低温保存至关重要，因为细胞内微小水滴的冻结会导致这些细胞破裂和死亡。学习如何减缓或停止这一过程可以帮助科学家找到减轻这种影响的方法。
它还可以帮助我们更好地了解在大气中成核是如何发生的，在那里微小的水滴会冻结。研究人员说，它还可以帮助我们更好地设计受冰暴露影响的技术，例如飞机和风力涡轮机。
“这些发现与经典成核理论的预测非常一致。这种理解有助于更深入地了解自然现象和合理设计航空、风能和基础设施甚至冷冻保存系统的防冰系统，”他们在他们的论文中写道。
“这些发现提供了对各种自然现象的理解，并为设计卓越的防冰仿生或光滑的液体注入表面提供了途径。”
该研究已发表在《自然通讯》上。
来源：科学领航人
