„Kiedy szklanka wody zamarza, lód najpierw materializuje się na granicy szkło-woda, a następnie stopniowo przesuwa się do wewnątrz”. Ta prosta obserwacja od lat zadziwia naukowców. Teraz badacze z Uniwersytetu Tokijskiego ujawnili przełomowe odkrycie dotyczące tego, jak woda przekształca się w lód, potencjalnie rewolucjonizując kilka branż.
Opublikowane 4 czerwca 2025 r. w Journal of Colloid and Interface Science badanie zagłębia się w molekularny taniec, który zachodzi podczas zamarzania wody. Zespół wykorzystał zaawansowane symulacje dynamiki molekularnej do zbadania tego procesu. Odkryli, że mikroskopowe środowisko w pobliżu powierzchni odgrywa kluczową rolę w nukleacji lodu.
Badania wykazały, że dwie monowarstwy wody w pobliżu powierzchni organizują się w dwuwarstwową sześciokątną sieć. Struktura ta działa jako rusztowanie, promując tworzenie się lodu. Zespół odkrył również, że powinowactwo powierzchni do cząsteczek wody musi być odpowiednie. Zbyt duże przyciąganie zakłóca sieć, podczas gdy zbyt małe uniemożliwia jej utworzenie. Ta „strefa Goldilocks” oferuje nowe zrozumienie tego, jak kontrolować tworzenie się lodu.
Implikacje tego odkrycia są ogromne. Może to prowadzić do opracowania powłok zapobiegających oblodzeniu dla lotnictwa, energii odnawialnej i innych sektorów. Powłoki te można zaprojektować tak, aby promowały lub hamowały nukleację lodu. Ponadto naukowcy sugerują, że podobne mechanizmy mogą mieć zastosowanie do innych cieczy tetraedrycznie związanych, otwierając nowe możliwości w nauce o materiałach i produkcji półprzewodników.
Z perspektywy nauk o klimacie badania te mogą poprawić modele tworzenia się chmur i opadów. Nowe spostrzeżenia mogą również kierować strategiami geoinżynierii. Badanie to nie tylko pogłębia naszą wiedzę o wodzie, ale także toruje drogę do inteligentnego projektowania materiałów. Stanowi to znaczący postęp w dążeniu do rozwikłania tajemnic wody, obiecując transformacyjne zastosowania w nauce i technologii.