「水を入れたグラスが凍るとき、氷はまずガラスと水の界面に現れ、徐々に内側へと進みます。」 この単純な観察は、長年科学者を悩ませてきました。現在、東京大学の研究者たちは、水が氷に変わる方法に関する画期的な発見を発表し、いくつかの産業に革命をもたらす可能性があります。
2025年6月4日にJournal of Colloid and Interface Scienceに掲載されたこの研究は、水が凍結する際に起こる分子の動きを掘り下げています。研究チームは、このプロセスを調べるために高度な分子動力学シミュレーションを使用しました。彼らは、表面付近の微視的環境が氷の核形成において重要な役割を果たすことを発見しました。
この研究により、表面付近の2つの水単分子層が2層の六方格子に組織化されることが明らかになりました。この構造は足場として機能し、氷の形成を促進します。また、研究チームは、表面の水分子に対する引力がちょうど良い必要があることも発見しました。引力が強すぎると格子が乱れ、弱すぎると形成が妨げられます。この「ゴルディロックスゾーン」は、氷の形成を制御する方法に関する新たな理解を提供します。
この発見の影響は広大です。航空、再生可能エネルギー、その他の分野向けの着氷防止コーティングの開発につながる可能性があります。これらのコーティングは、氷の核形成を促進または阻害するように設計できます。さらに、研究者たちは、同様のメカニズムが他の四面体結合液体にも適用され、材料科学や半導体製造における新たな道を開く可能性があることを示唆しています。
気候科学の観点から見ると、この研究は雲の形成と降水のモデルを改善する可能性があります。新たな知見は、地球工学戦略を導く可能性もあります。この研究は、水の理解を深めるだけでなく、スマート材料設計への道を開きます。これは、水の謎を解き明かすための探求における重要な進歩であり、科学と技術における変革的な応用を約束しています。