„Wenn ein Glas Wasser gefriert, materialisiert sich Eis zuerst an der Glas-Wasser-Grenzfläche, bevor es sich allmählich nach innen ausbreitet.“ Diese einfache Beobachtung hat Wissenschaftler jahrelang verblüfft. Nun haben Forscher der Universität Tokio eine bahnbrechende Entdeckung darüber gemacht, wie sich Wasser in Eis verwandelt, was potenziell mehrere Industrien revolutionieren könnte.
Veröffentlicht am 4. Juni 2025 im Journal of Colloid and Interface Science, befasst sich die Studie mit dem molekularen Tanz, der beim Gefrieren von Wasser stattfindet. Das Team verwendete fortschrittliche Molekulardynamik-Simulationen, um den Prozess zu untersuchen. Sie fanden heraus, dass die mikroskopische Umgebung in der Nähe von Oberflächen eine entscheidende Rolle bei der Eisbildung spielt.
Die Forschung ergab, dass sich zwei Wasser-Monoschichten in der Nähe einer Oberfläche zu einem zweischichtigen hexagonalen Gitter anordnen. Diese Struktur wirkt als Gerüst und fördert die Eisbildung. Das Team entdeckte auch, dass die Anziehungskraft der Oberfläche auf Wassermoleküle genau richtig sein muss. Zu viel Anziehungskraft stört das Gitter, während zu wenig es an der Bildung hindert. Diese „Goldilocks-Zone“ bietet ein neues Verständnis dafür, wie die Eisbildung kontrolliert werden kann.
Die Implikationen dieser Entdeckung sind enorm. Sie könnte zur Entwicklung von Anti-Vereisungsbeschichtungen für die Luftfahrt, erneuerbare Energien und andere Sektoren führen. Diese Beschichtungen könnten so konstruiert werden, dass sie die Eisbildung entweder fördern oder hemmen. Darüber hinaus legen die Forscher nahe, dass ähnliche Mechanismen auf andere tetraedrisch gebundene Flüssigkeiten angewendet werden können, was neue Wege in der Materialwissenschaft und der Halbleiterherstellung eröffnet.
Aus klimawissenschaftlicher Sicht könnte diese Forschung Modelle der Wolkenbildung und des Niederschlags verbessern. Die neuen Erkenntnisse können auch Geoengineering-Strategien leiten. Diese Studie vertieft nicht nur unser Verständnis von Wasser, sondern ebnet auch den Weg für das Design intelligenter Materialien. Sie markiert einen bedeutenden Fortschritt im Bestreben, die Geheimnisse des Wassers zu lüften, und verspricht transformative Anwendungen in Wissenschaft und Technologie.