最新高科技能使液态水在加热时结冰（组图）

2010-02-10 06:11 作者:逸凡

图：液态水在加热时结冰。（图片来源：互联网）

【看中国欧洲记者逸凡编译报导】一般水在温度降低到0摄氏度以下结冰。实际上，纯水是不很容易结冰的。晶体冰容易在固体表面结晶生成 ——粗糙表面，或是一粒尘埃颗粒的表面就行。表面物理研究发现，纯净水在光滑干净的表面上，其凝固点将降低到零摄氏度以下。在这种状态下，水被称为“过冷”（supercooled）。但是，一旦有一个微小的冰晶体在过冷水中形成，过冷的液态水就会在瞬间凝结成坚如岩石的冰块。

据近一期的《科学》杂志（Science）报导， 现在科学家已经找到了一种使常压下的水在-40℃的低温下还能保持液态的方法。此外，科学家们还发现了另一种方法使水在加热时结冰。可以说，这至少听上去像天方夜谭。另外此项研究结果还可能对计算机气象数值模拟计算产生影响。

以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的伊戈•路波密尔斯基（Igor Lubomirsky）和他的同事通过使用热释电非晶态固体材料（pyroelectric amorphous solids）作为载体表面让纯净水在上面结冰，实现了这一不寻常的壮举。热释电非晶态固体材料有一个特殊物理性质：温度可以改变固体表面的电荷的性质。

图：钽酸锂非晶态材料（lithium tantalate，LiTaO₃）。（图片来源：互联网）

当科学家把纯净水置于热释电非晶态材料上，水的凝固点不再是通常的0 °C。事实上，此时水的凝固点取决于非晶态固体材料表面的电性。科学家们通过变化材料表面的电性能够使液态水过冷到-40 °C而不结冰。

该小组研究的非晶态材料之一是钽酸锂（lithium tantalate，LiTaO₃）。在摄氏零下11度时，该材料带负电。但是当温度升高3摄氏度，即摄氏负8度时，它就带正电荷。由于水更容易在一个温度较高并带正电荷的表面结冰，所以当你加热在钽酸锂材料表面上的过冷液体时，它会变成固体 –这一研究结果完全不符合我们日常的生活常识。

该小组研究发现的另一个奇怪的现象是：在带正电荷的固体表面，水从底部自下而上结冰，在带负电的固体表面上，水自上而下结冰。

图：材料表面的电性。（图片来源：互联网）

美国伊利诺伊州西北大学的物理化学家弗兰兹•盖革（Franz Geiger）表示，这一最新研究成果表明，在气象数值模拟计算中人们应重新考虑水滴中尘埃颗粒的重要作用。因为在大气中，冰是在尘埃颗粒表面结晶生成的——这就是大自然如何造出云的。尘埃粒子可以带有不同电性的电荷。尘埃粒子的电荷可能改变形成云的所需温度，因此它是一个计算机气象数值模型计算时需要考虑的变量。