中国科学家首次证实“临界冰核”存在，破解百年科学难题

中国科学家首次证实“临界冰核”存在，破解百年科学难题

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网易

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来源

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https://mobile.absin.cn/ready-to-use-hp-ihc-detection-kit/abs957.html

2024年12月，中国科学院大学物理学院、温州研究院教授周昕及其团队在国际顶级学术期刊《Nature》上发表了一项突破性研究成果：他们首次在实验中证实了“临界冰核”的存在，这一发现解决了困扰科学界百年的难题，为人类理解和控制水结冰过程提供了新的理论基础。

要理解临界冰核的重要性，我们首先需要了解水是如何结冰的。当温度降至0°C以下时，水分子会开始有序排列，形成微小的冰晶核心，这个过程被称为结晶核形成。然而，并非所有的冰晶核心都能发展成宏观的冰晶，只有当冰晶核心的尺寸达到一个特定的临界值时，水才会开始结冰。这个特定尺寸的冰晶核心，就是科学家们所说的“临界冰核”。

临界冰核之所以难以观测，主要有两个原因：一是尺寸极小，通常在纳米级别；二是存在时间极短，只有纳秒级别。这些特点使得传统的显微镜和探测技术都难以捕捉到临界冰核的真实面貌。因此，尽管临界冰核的概念早在近百年前就被科学家吉布斯提出，但一直未能在实验中得到证实。

周昕团队采用了一种创新的实验方法，他们利用尺寸确定的纳米颗粒作为“尺子”，通过持续降低温度使冰核达到临界所需尺寸。当这个尺寸恰好与纳米颗粒尺寸相当时，临界冰核就更容易形成，并导致宏观冰晶快速发生，从而被探测到。这种方法巧妙地解决了临界冰核观测难题，为研究水结冰过程提供了新的工具。

水结冰是一个看似平常却极其复杂的自然现象，它不仅影响着地球上的气候、地质和生态系统，还在多个领域发挥着重要作用。例如，在化学工业中，控制结晶过程对于生产高质量的产品至关重要；在低温生物学中，理解水结冰机制有助于改进细胞和组织的低温保存技术；在材料科学中，人为控冰可以用于制备具有特定性能的新型材料。

此外，这一发现还可能在实际应用中带来重大突破。比如在航空领域，飞机结冰是一个严重的安全隐患，通过控制结冰过程可以开发更有效的防冰涂层；在生物医学领域，理解水结冰机制有助于维持疫苗在生产和运输过程中的高活性；在食品工业中，控制结冰过程可以优化食品保存技术，延长食品保质期。

周昕团队的这一发现不仅在科学上具有里程碑意义，更为实际应用开辟了新的可能性。通过揭示水结冰过程中的关键机制，人类有望在多个领域实现技术突破，这正是基础科学研究的魅力所在：它不仅能解答我们对自然的好奇，更能为人类社会带来实实在在的益处。