12月19日，中國科學(xué)家首次證實了水凍結(jié)過程中“臨界冰核”的存在，并給出了“臨界冰核”大小與過冷溫度的關(guān)系，從而證實了“經(jīng)典成核理論”的預(yù)測。研究結(jié)果于19日在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》上在線發(fā)表。
這一次，中國科學(xué)院化學(xué)研究所的王建軍和中國科學(xué)院大學(xué)的周信創(chuàng)造性地使用了一系列固定尺寸的納米粒子來探測“臨界冰核”，并通過實驗和理論計算簡潔明了地獲得了“臨界冰核”的尺寸。
“這個實驗可以理解為用大小合適的納米粒子作為標(biāo)尺來測量‘臨界冰核’:不斷降低溫度，使冰核達(dá)到所需的臨界尺寸。當(dāng)這個尺寸與納米粒子的尺寸相同時，就很容易形成“臨界冰核”。并導(dǎo)致大冰晶的快速出現(xiàn)，以便它們能夠被探測到?！蓖踅ㄜ娬f。
據(jù)介紹，本課題的研究加深了對水凍結(jié)這一重要相變現(xiàn)象的微觀機(jī)理的認(rèn)識，也為人工控冰的應(yīng)用提供了重要的理論指導(dǎo)，如調(diào)控冰晶的形成和生長，提高細(xì)胞和組織冷凍保存的恢復(fù)效率，提高食品生產(chǎn)和冷藏的新鮮度等。它將在化學(xué)工業(yè)、低溫生物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
什么是臨界冰芯？
水在低溫下結(jié)冰是很常見的，但是微觀層面上“水結(jié)冰”的具體過程是未知的。近百年前，科學(xué)家吉布斯等人基于熱力學(xué)原理提出了相變的“經(jīng)典成核理論”，認(rèn)為水結(jié)冰等相變需要一個成核過程，水過冷形成小冰核，只有當(dāng)形成的冰核偶然超過臨界尺寸(即“臨界冰核”)時，相變才能自發(fā)發(fā)生。
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