«Когда стакан воды замерзает, лед сначала появляется на границе раздела вода-стекло, прежде чем постепенно продвигаться внутрь». Это простое наблюдение озадачивало ученых на протяжении многих лет. Теперь исследователи из Токийского университета сделали новаторское открытие о том, как вода превращается в лед, что потенциально может революционизировать несколько отраслей.
Опубликованное 4 июня 2025 года в Journal of Colloid and Interface Science, исследование углубляется в молекулярный танец, который происходит при замерзании воды. Команда использовала передовые методы моделирования молекулярной динамики для изучения этого процесса. Они обнаружили, что микроскопическая среда вблизи поверхностей играет решающую роль в зарождении льда.
Исследование показало, что два монослоя воды вблизи поверхности организуются в двухслойную гексагональную решетку. Эта структура действует как каркас, способствуя образованию льда. Команда также обнаружила, что притяжение поверхности к молекулам воды должно быть в самый раз. Слишком сильное притяжение нарушает решетку, в то время как слишком слабое препятствует ее образованию. Эта «зона Златовласки» дает новое понимание того, как контролировать образование льда.
Последствия этого открытия огромны. Оно может привести к разработке антиобледенительных покрытий для авиации, возобновляемых источников энергии и других секторов. Эти покрытия можно будет спроектировать так, чтобы они либо способствовали, либо ингибировали зарождение льда. Кроме того, исследователи предполагают, что аналогичные механизмы могут применяться к другим тетраэдрически связанным жидкостям, открывая новые возможности в материаловедении и производстве полупроводников.
С точки зрения климатологии, это исследование может улучшить модели образования облаков и осадков. Новые идеи также могут направлять стратегии геоинженерии. Это исследование не только углубляет наше понимание воды, но и прокладывает путь для разработки умных материалов. Оно знаменует собой значительный прогресс в стремлении разгадать тайны воды, обещая преобразующие приложения в науке и технике.