中国科学家首次证实临界冰核的存在

科技日报北京报道，记者陆成宽为您带来一项关于自然界相变成核现象的最新研究成果。这一研究，如同一道破冰之旅，揭示了水结冰过程中的奥秘。“冰冻三尺非一日之寒”，自然界中的水结冰现象虽然看似简单，但其背后却隐藏着深奥的科学原理。在《自然》杂志发表的一篇重要文章中，研究者们首次通过实验证实了临界冰核的存在，并且明确了临界冰核尺寸与过冷温度之间的关系。这项成果在学术界引起了极大的关注。

一直以来，科学家们都在探寻自然界中的奥秘。早在百年前，美国物理化学家吉布斯等人基于热力学原理提出了相变的“经典成核理论”。他们认为，水结冰这类相变需要经过一个成核过程，即水在过冷状态下形成小冰核。只有当这些冰核超过某一临界尺寸时，相变才能自发进行。这个临界核的存在一直是个谜，百年来科学家们始终无法验证其存在。

临界冰核具有难以捉摸的特性：它需要等待很长时间可能出现，存在寿命却极其短暂，仅在纳秒之间；其尺寸更是达到了纳米级别，这使得现有的微观探测技术很难捕捉到它的踪迹。这也成为了数十年来研究的难点。我们的研究团队凭借创新性的思维和技术手段，利用氧化石墨烯纳米片等固定尺寸的纳米颗粒作为探测工具，成功捕捉到了临界冰核的身影。结合实验与理论计算，他们简洁清晰地揭示了临界冰核的尺寸。

中科院化学所的研究员王健君表示，这项研究不仅确定无疑地证实了临界冰核的存在，而且所得实验结果与理论计算高度相符，证明了这种探测方法的普适性。更重要的是，这项研究在理论上加深了我们对于水结冰机理、相变现象以及宏观和微观关系等方面的理解。该研究还具有非常重要的实际应用价值，如在细胞和组织的低温冻存、维持疫苗在生产运输过程中的高活性以及飞机等交通工具的防冰涂层等领域。

这一成果的公布引起了科学界的广泛关注。它不仅解答了长期以来科学家们对于水结冰相变过程的疑惑，更为我们探索自然界中的其他相变成核问题提供了重要的启示和普遍的解决方法。可以说，这项研究为我们揭示了自然界的奥秘，也为我们未来的科学研究开辟了新的道路。