Физики Амстердама напечатали ледяные структуры, используя испарительное охлаждение в вакууме

Физики из Амстердамского университета в декабре 2025 года представили метод трехмерной печати, позволяющий создавать сложные структуры, полностью состоящие из чистого льда, без применения внешних криогенных систем или охлаждаемого оборудования. Исследователи задействовали фундаментальный принцип испарительного охлаждения, происходящего в условиях пониженного давления внутри вакуумной камеры.

В качестве демонстрации концепции авторы, среди которых Мено Деммени, Стефан Куй и Даниэль Бонн, успешно напечатали ледяную модель рождественской елки высотой восемь сантиметров, завершив процесс примерно за двадцать шесть минут. Это достижение, описанное в препринте на arXiv, иллюстрирует применение физических принципов для инженерных инноваций. В отличие от конвенциональных подходов, требующих криогенной инфраструктуры, данная разработка опирается на доступные компоненты вакуумной и 3D-печати, что потенциально снижает эксплуатационные расходы.

Технологический процесс основан на экструзии тончайшей струи воды, диаметр которой может достигать микрометров, в среду с пониженным атмосферным давлением. В этих условиях происходит стремительное испарение поверхностных молекул воды, которое извлекает скрытую теплоту испарения из оставшейся жидкости. Этот процесс эффективно охлаждает объем воды до состояния переохлажденной жидкости. Критический момент наступает при контакте этой переохлажденной струи с подложкой или уже сформированным слоем льда: мгновенное замерзание обеспечивает стабильное послойное наращивание структуры, предотвращая размытие контуров.

Исследователи отметили, что напечатанные тонкие ледяные элементы демонстрируют неожиданную гибкость, вибрируя при больших амплитудах без разрушения. Потенциал этой масштабируемой платформы выходит за рамки демонстрационных объектов. Ученые видят перспективы в инженерии для создания микрофлюидных каналов, а также в биологии для разработки каркасов для тканевой инженерии, где чистота материала критична для биосовместимости.

Более того, метод имеет явные преимущества для внеземного применения, поскольку необходимые для работы низкие давления сопоставимы с марсианской атмосферой. Это открывает возможность для создания конструкций на месте, используя локальные запасы водяного льда на Марсе. После завершения печати достаточно деактивировать вакуумный насос, и ледяная структура полностью сублимируется обратно в воду, не оставляя отходов, что подчеркивает экологичность процесса.