新實驗表明小水滴可以在零下44攝氏度下保持液體狀態

2021-12-07T11:38:46+00:00

在小學課堂上,我們學到的一個知識點是水在 0℃(32°F)下會結冰。但在科研領域,實際上並不那麼簡單。休斯頓大學的新實驗表明,如果保持與一個柔軟的表面接觸,小水滴可以在-44°C(-47.2°F)時保持液體狀態。水的冰點並不是一個硬性的界限--它更像是一個水分子開始凍結的起始點。

在小學課堂上,我們學到的一個知識點是水在 0℃(32°F)下會結冰。但在科研領域,實際上並不那麼簡單。休斯頓大學的新實驗表明,如果保持與一個柔軟的表面接觸,小水滴可以在-44°C(-47.2°F)時保持液體狀態。

水的冰點並不是一個硬性的界限--它更像是一個水分子開始凍結的起始點。首先轉換的是那些暴露在表面的冷空氣中的水分子,它們形成的冰晶會引發鄰近的分子也結冰。這個過程一直持續到整個水體變成冰。

對於任何給定的水滴,它將在 0°C 和 -38°C(-36.4°F)之間開始凍結。但是在新的研究中,研究人員設法使一些特別微小的水滴在零下 44℃ 的溫度下保持其液體形式。

據研究小組稱,關鍵在於水所接觸的表面類型。冰晶在堅硬的表面上很容易形成,但較軟的界面,如油或凝膠,可以抑制冰晶的形成更長時間。而較小的水滴甚至可以比較大的水滴保持更長時間的液體。

為了更近距離地觀察水到冰的轉變的物理過程,該團隊正在用直徑只有兩納米的水滴進行實驗,而通常的範圍是大約100納米。為此,研究人員將水限制在一個由陽極氧化鋁製成的膜的孔隙中。納米液滴被辛烷油所包圍,以保持界面的"柔軟"。

該研究的通訊作者 Hadi Ghasemi 表示:「對幾納米水滴的冰點溫度進行實驗探測一直是一個尚未解決的挑戰。通過新開發的計量方法,我們已經能夠探測從微米尺度到2納米尺度的水滴的凍結情況」。

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