“Wanneer een glas water bevriest, materialiseert ijs zich eerst aan het grensvlak glas-water, om vervolgens geleidelijk naar binnen te gaan.” Deze simpele observatie heeft wetenschappers al jarenlang verbaasd. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Tokio een baanbrekende ontdekking onthuld over hoe water in ijs verandert, wat mogelijk een revolutie teweegbrengt in verschillende industrieën.
Gepubliceerd op 4 juni 2025 in het Journal of Colloid and Interface Science, duikt de studie in de moleculaire dans die plaatsvindt wanneer water bevriest. Het team gebruikte geavanceerde moleculaire dynamica simulaties om het proces te onderzoeken. Ze ontdekten dat de microscopische omgeving nabij oppervlakken een cruciale rol speelt bij ijsnucleatie.
Het onderzoek onthulde dat twee watermonolagen nabij een oppervlak zich organiseren in een dubbellaags hexagonale rooster. Deze structuur fungeert als een steiger en bevordert ijsvorming. Het team ontdekte ook dat de aantrekkingskracht van het oppervlak tot watermoleculen precies goed moet zijn. Te veel aantrekkingskracht verstoort het rooster, terwijl te weinig voorkomt dat het zich vormt. Deze “Goudlokje-zone” biedt een nieuw inzicht in hoe ijsvorming kan worden gecontroleerd.
De implicaties van deze ontdekking zijn enorm. Het zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van anti-ijscoatings voor de luchtvaart, hernieuwbare energie en andere sectoren. Deze coatings kunnen worden ontworpen om ijsnucleatie te bevorderen of te remmen. Verder suggereren de onderzoekers dat vergelijkbare mechanismen van toepassing kunnen zijn op andere tetraëdrisch gebonden vloeistoffen, wat nieuwe mogelijkheden opent in de materiaalkunde en de productie van halfgeleiders.
Vanuit een klimaatwetenschappelijk perspectief zou dit onderzoek modellen van wolkenvorming en neerslag kunnen verbeteren. De nieuwe inzichten kunnen ook geostrategieën begeleiden. Deze studie verdiept niet alleen ons begrip van water, maar effent ook de weg voor slim materiaalontwerp. Het markeert een aanzienlijke vooruitgang in de zoektocht om de mysteries van water te ontrafelen, met veelbelovende transformatieve toepassingen in de wetenschap en technologie.