水的凝固点降低到前所未有的水平 零下47.2华氏度还保持液态

　　“冰冷”变得更冷：通过从只有几百个分子的小水滴中制造冰，研究人员将水的凝固点降低到前所未有的水平，并改变了我们对冰的形成方式的了解。

　　了解水如何以及为什么会变成冰，对于理解各种自然过程至关重要。气候波动、云动态和水循环都受到水冰转变的影响，生活在冰冻条件下的动物也是如此。

　　例如，林蛙通过让身体结冰在陆地上度过冬天。这使得它们比那些在水下深处过冬而不结冰的物种更快地从冬眠中醒来。但是冰晶会破坏细胞膜，所以使用这种技术的动物需要找到一种方法来防止冰在它们的细胞和组织中形成。更好地了解水是如何结冰的，可以更好地了解这些极端物种。

　　虽然经验法则是水在32华氏度(0摄氏度)结冰，但在某些条件下，水实际上可以在一系列寒冷的温度下保持液态。直到现在，人们认为这个范围止于零下36华氏度(零下38摄氏度)；低于这个温度，水就会结冰。但是在11月30日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，研究人员成功地将水滴保持在液态，温度低至零下47.2华氏度(零下44摄氏度)。

　　他们的突破有两个关键：非常小的液滴和非常柔软的表面。他们从 150 纳米（仅比流感病毒颗粒大一点）到 2 纳米（只有 275 个水分子）的小液滴开始。这种液滴尺寸范围帮助研究人员揭示了尺寸在从水到冰的转变中的作用。

　　“我们涵盖了所有这些范围，以便我们能够了解冰将在何种条件下形成——何种温度、何种尺寸的水滴。”该研究的合著者、休斯顿大学机械工程教授 Hadi Ghasemi 告诉 Live科学。“而且更重要的是，我们发现如果水滴被一些柔软的材料覆盖，冻结温度可以被抑制到一个非常低的温度。”

　　他们使用的软材料是辛烷，一种在阳极氧化铝膜的纳米级孔隙中包围每个液滴的油。这使得水滴在更大的压力下呈现出更圆的形状，研究人员表示，这对于防止低温下结冰至关重要。

　　由于基本上不可能在这些小尺度上观察到冻结过程，因此研究人员使用电导的测量方法——因为冰比水的导电性更强——以及红外光谱中发射的光来捕捉水滴从水转化为冰的确切时刻和温度。

　　他们发现，液滴越小，冰形成的温度就越低——对于10纳米及更小的液滴，冰形成的速度会急剧下降。在他们测量的最小水滴中，直到水达到刺骨的零下44摄氏度以下，冰才形成。

　　这是否意味着云和生物细胞内的微小液滴会变得比我们想象的还要冷？“作为一名科学家，我想说我们还不知道。”哈塞米说。

　　哈塞米说，但这一发现可能对人造材料防冰有重大意义，比如航空和能源系统中的人造材料。如果软表面上的水需要更长时间才能结冰，工程师们可以在设计中加入软硬材料的混合物，以防止冰在这些表面上堆积。

　　“有很多方法可以让你利用这些知识来设计表面，以避免结冰。”哈塞米说。“一旦我们有了这种基本的理解，下一步就是在软材料的基础上设计这些表面。”