俗話說(shuō)，“冰凍三尺，非一日之寒”，那么水究竟是怎么變成冰的?這個(gè)問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，上百年來(lái)卻沒(méi)有人能夠說(shuō)得清楚。如今，中國(guó)科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)上“再現(xiàn)”了水結(jié)冰的過(guò)程，揭示了這一過(guò)程中“臨界冰核”的存在，證實(shí)了經(jīng)典臨界冰核理論的百年預(yù)言。

12月19日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了這一由中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所王健君、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)周昕團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜完成的科研成果。這也是科學(xué)界首次在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)臨界冰核的存在。

該成果論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員王健君告訴中國(guó)青年報(bào)·中國(guó)青年網(wǎng)記者，了解水結(jié)冰過(guò)程不僅滿足了人們的好奇心，更是有用的知識(shí)——作為一個(gè)自然界的普遍現(xiàn)象，它不僅影響著地球上的氣候、地質(zhì)及生命，還在化學(xué)工業(yè)、低溫生物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，比如，細(xì)胞和組織的低溫凍存、維持疫苗在生產(chǎn)和輸運(yùn)過(guò)程中的高活性、飛機(jī)等交通工具的防冰涂層。

根據(jù)熱力學(xué)原理，水分子在溶液中會(huì)不停地進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)，當(dāng)溫度低于冰點(diǎn)，水分子會(huì)趨向進(jìn)行有序的排列。

冰核的形成，就是水分子的無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)和水分子有序排列的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果。當(dāng)形成的冰核大小超過(guò)臨界尺寸時(shí)，即形成臨界冰核時(shí)，水才會(huì)開(kāi)始結(jié)冰。

近百年前，科學(xué)家吉布斯提出臨界冰核理論，并被寫(xiě)入教科書(shū)。然而，臨界冰核的真實(shí)面目卻始終沒(méi)人見(jiàn)過(guò)。

王健君說(shuō)，臨界冰核是水和冰相變過(guò)程中瞬間存在的過(guò)渡態(tài)——納秒級(jí)別，尺寸非常小——納米級(jí)別。

如今，王健君團(tuán)隊(duì)攜手中國(guó)科學(xué)院大學(xué)周昕教授成功探測(cè)到臨界冰核。實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論計(jì)算，簡(jiǎn)潔清晰地得到了臨界冰核的尺寸。

韓國(guó)工程院院士Dong June AHN評(píng)價(jià)道，該研究在冰成核領(lǐng)域是具有里程碑意義的工作之一。(記者 邱晨輝)