从科幻到现实：中国科学家破解冰封之谜

从科幻到现实：中国科学家破解冰封之谜

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中华人民共和国司法部

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来源

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https://www.moj.gov.cn/pub/sfbgw/zwgkztzl/2023zt/20231115ydylfztx/mtgz20231115/202412/t20241227_512052.html

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2019年12月，中国科学院大学物理学院教授周昕等人在《Nature》杂志发表重要研究成果，首次证实了水结冰过程中临界冰核的存在。这一发现不仅解开了百年来关于水结冰微观机制的谜团，更为人类实现对冰的精准控制提供了理论基础。

水结冰，这个看似平常的自然现象，其背后的微观机制却困扰了科学家们近一个世纪。经典成核理论预言，在水结冰过程中存在一个临界冰核，但这个关键的中间态一直未能被直接观测到。

周昕教授团队通过创新性地使用氧化石墨烯纳米片作为探针，成功捕捉到了临界冰核形成的瞬间。他们发现，临界冰核的尺寸与过冷温度之间存在明确的关系，这一结果与经典成核理论的预测高度吻合。这一突破性发现不仅验证了经典理论的正确性，更为后续的控冰技术开发提供了坚实的理论基础。

随着水结冰微观机制的揭示，科学家们开始尝试将这一理论应用于实际。在生物医学领域，控冰技术展现出了巨大的应用潜力。

以赛存生物为代表的科研团队，通过仿生控冰原理，开发出了多尺度控冰材料。这些材料能够高效控制冰晶的形成和生长，避免了传统冻存技术中冰晶对生物样本的损伤。目前，该技术已在免疫细胞、干细胞、生殖细胞等多个领域展开应用，并有望在2025年底获得第三类医疗器械注册证。

在科幻作品中，"冰封能力"常常被描绘为一种强大的异能。从《全球冰封》系列小说中的末世生存，到各类奇幻作品中冰系法师的炫酷技能，人类对掌控冰雪的想象从未停止。

而今，随着科学研究的不断深入，曾经只存在于科幻中的"冰封能力"正在逐步变为现实。通过精确控制冰晶的形成，科学家们不仅能够改善生物样本的冻存效果，还可能在食品保鲜、器官移植等领域带来革命性的突破。

尽管目前的控冰技术已经取得了显著进展，但其应用范围仍相对有限。未来，随着对水结冰机制理解的不断深入，我们有望开发出更多应用场景：

• 在食品工业中，通过精准控制冰晶形成，可以显著提高冷冻食品的口感和营养价值
• 在航空航天领域，控冰技术可以帮助解决飞行器表面结冰问题
• 在建筑行业，通过控制混凝土中的冰晶生长，可以提高结构的耐久性

从科幻到现实，人类对冰的控制正在从梦想走向实践。周昕教授团队的突破性研究，不仅揭开了水结冰的微观奥秘，更为未来控冰技术的发展开辟了新的道路。随着研究的不断深入，我们有理由相信，曾经只存在于想象中的"冰封能力"将在更多领域造福人类。