快來見識一下「室溫冰」

冰的晶貌形態變化情況以及晶體生長與應變之間的函數關係。

水在室溫下會結冰嗎？「暖冰」這個概念對普通人來講很像天方夜譚。但通過控制液體變成固體的結晶過程，是有可能實現的。原則上來說，不僅可以通過改變溫度製造暖冰，採用改變壓力的方式也能完成這個「魔術」。然而，後者需要對水施加約1萬倍大氣壓的極端壓力。

sciencedaily.com網站6月25日報道，韓國標準與科學研究院（KRISS）的研究人員成功製造了室溫冰，並通過將水動態壓縮至約1萬個大氣壓，控制了冰的生長行為。在實驗過程中，研究人員通過系統地改變壓縮率，發現了三維冰到二維冰的突然形態變化。並通過研究冰形貌和生長速度變化，揭示了冰異常生長中的內在機制。KRISS開發的高壓技術和實驗研究對生物、食品、醫療和航空航天等領域均有重大影響。項目的相關成果刊登於《美國國家科學院院刊》雜誌中。

在自然界中，冰的晶型有上萬種，如六邊形片狀、柱狀和樹突狀等。形態各異的冰晶不僅具有重要的工業應用價值，也吸引了人們的研究興趣。例如，利用壓力而非溫度控制冰晶的形成可以解決冰的保存問題。這一問題對應的典型應用是食物的保存。肉類在常壓下冷凍時，會產生大量針狀的六邊形片狀冰晶，進而造成損傷。這就是冷凍室內保存的肉類不再多汁，味道遠不如新鮮肉類的原因。然而，如果在高壓下冷凍肉類，形成的冰晶多樣化程度較高，並且大部分冰晶的稜角也相對不那麼鋒利，從而保護了凍肉的質量。再比如，飛機在低溫下飛行時，機翼表面會結冰，如果冰晶的形成不正常，機翼的形狀就可能發生變化，最終造成事故。因此，控制冰晶的生長速度和形態，對飛機的安全性和飛行效率均有很大影響。

KRISS的科學家Yun-Hee Lee等開發的「實時動態高壓」裝置，可快速形成高壓環境。他們利用該裝置研究了高壓下冰晶的生長情況，並成功在室溫條件下製造了冰，以及通過動態壓力控制將三維八面體冰晶轉化為二維翼狀冰晶。

此前，類似的研究將重點放在溫度和濃度的控制。但是由於不可避免的熱擴散和質量擴散時滯，研究人員無法清楚地觀察到晶體的快速生長過程。採用壓力控制策略可以克服前面的限制，使研究人員對水分子的結晶過程有更加詳細的了解。

KRISS研究人員Yun-Hee Lee說：「高壓冷凍技術的應用可以促成新的冰晶形貌和冷凍過程，從而保持食物的新鮮程度與口感。將該技術進一步應用於新鮮食品的冷鏈系統，有望進一步提高食品物流行業的市場性。」KRISS研究人員Geun Woo Lee解釋說：「這項技術還可以用於分析其他晶體的結構。」KRISS研究人員Sooheyong Lee補充說：「在極端高壓下，科學家有可能發現新的材料特性。因此，貌似已經到達極限的科學技術有望被推向新的維度。」

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：三水

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