В начальной школе мы все узнали, что вода замерзает при 0°C, но на самом деле все не так просто. Новые эксперименты Хьюстонского университета показали, что крошечные капельки могут оставаться жидкими вплоть до -44°C, если они находятся в контакте с мягкой поверхностью.
Точка замерзания воды не является жесткой линией - это скорее отправная точка, с которой молекулы воды начнут замерзать. Первыми переключаются те, которые подвергается воздействию холодного воздуха на поверхности, и кристаллы льда, которые они образуют, заставляют соседние молекулы также замерзать. Этот процесс продолжается до тех пор, пока весь объем воды не станет льдом.
Любая конкретная капля воды замерзнет где-то при температуре от 0°C до -38°C. Но для нового исследования, ученым удалось сохранить некоторые особенно крошечные капли в жидкой форме при температуре до -44°C.
Ключевым моментом, по мнению команды, является тип поверхности, с которой контактирует вода. Кристаллы льда легко образуются на твердых поверхностях, но более мягкие поверхности раздела, такие как масла или гели, могут дольше подавлять это образование. А более мелкие капли могут оставаться жидкими даже дольше, чем более крупные.
Чтобы ближе познакомиться с физикой перехода вода-лед, команда экспериментировала с каплями воды размером всего два нанометра в диаметре по сравнению с обычным диапазоном около 100 нм. Для этого исследователи ограничили воду порами мембраны из анодированного оксида алюминия. Нанокапли были окружены маслом, чтобы поверхность раздела оставалась «мягкой».
«Экспериментальное определение температуры замерзания капель воды в несколько нанометров было нерешенной задачей», - говорит Хади Гасеми, автор исследования. «Здесь, благодаря недавно разработанной метрологии, мы смогли зондировать замерзание капель воды от микронного масштаба до 2-нм».
Команда говорит, что находка может помочь разработать новые методы уменьшения образования льда на поверхности самолетов, ветряных турбин и другой инфраструктуры. Это также может привести к усовершенствованию систем криоконсервации продуктов питания или живых тканей, при которых криоконсервация не повреждают клетки из-за образования кристаллов льда.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Источник: University of Houston.
