威廉亚洲官网 高科技能使液態水在加熱時結冰（組圖）

2010-02-10 06:11 作者:逸凡

圖：液態水在加熱時結冰。（圖片來源：網際網路）

【看中國歐洲記者逸凡編譯報導】一般水在溫度降低到0攝氏度以下結冰。實際上，純水是不很容易結冰的。晶體冰容易在固體表面結晶生成 ——粗糙表面，或是一粒塵埃顆粒的表面就行。表面物理研究發現，純淨水在光滑乾淨的表面上，其凝固點將降低到零攝氏度以下。在這種狀態下，水被稱為「過冷」（supercooled）。但是，一旦有一個微小的冰晶體在過冷水中形成，過冷的液態水就會在瞬間凝結成堅如岩石的冰塊。

據近一期的《科學》雜誌（Science）報導， 現在科學家已經找到了一種使常壓下的水在-40℃的低溫下還能保持液態的方法。此外，科學家們還發現了另一種方法使水在加熱時結冰。可以說，這至少聽上去像天方夜譚。另外此項研究結果還可能對計算機氣象數值模擬計算產生影響。

以色列魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute of Science）的伊戈•路波密爾斯基（Igor Lubomirsky）和他的同事通過使用熱釋電非晶態固體材料（pyroelectric amorphous solids）作為載體表面讓純淨水在上面結冰，實現了這一不尋常的壯舉。熱釋電非晶態固體材料有一個特殊物理性質：溫度可以改變固體表面的電荷的性質。

圖：鉭酸鋰非晶態材料（lithium tantalate，LiTaO₃）。（圖片來源：網際網路）

當科學家把純淨水置於熱釋電非晶態材料上，水的凝固點不再是通常的0 °C。事實上，此時水的凝固點取決於非晶態固體材料表面的電性。科學家們通過變化材料表面的電性能夠使液態水過冷到-40 °C而不結冰。

該小組研究的非晶態材料之一是鉭酸鋰（lithium tantalate，LiTaO₃）。在攝氏零下11度時，該材料帶負電。但是當溫度升高3攝氏度，即攝氏負8度時，它就帶正電荷。由於水更容易在一個溫度較高並帶正電荷的表面結冰，所以當你加熱在鉭酸鋰材料表面上的過冷液體時，它會變成固體 –這一研究結果完全不符合我們日常的生活常識。

該小組研究發現的另一個奇怪的現象是：在帶正電荷的固體表面，水從底部自下而上結冰，在帶負電的固體表面上，水自上而下結冰。

圖：材料表面的電性。（圖片來源：網際網路）

美國伊利諾伊州西北大學的物理化學家弗蘭茲•蓋革（Franz Geiger）表示，這一威廉亚洲官网 研究成果表明，在氣象數值模擬計算中人們應重新考慮水滴中塵埃顆粒的重要作用。因為在大氣中，冰是在塵埃顆粒表面結晶生成的——這就是大自然如何造出雲的。塵埃粒子可以帶有不同電性的電荷。塵埃粒子的電荷可能改變形成雲的所需溫度，因此它是一個計算機氣象數值模型計算時需要考慮的變數。