“Khi một ly nước đóng băng, băng sẽ xuất hiện đầu tiên ở giao diện nước-kính, sau đó dần dần tiến vào bên trong.” Quan sát đơn giản này đã làm các nhà khoa học bối rối trong nhiều năm. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã tiết lộ một khám phá đột phá về cách nước biến đổi thành băng, có khả năng cách mạng hóa một số ngành công nghiệp.
Được công bố vào ngày 4 tháng 6 năm 2025 trên Tạp chí Khoa học Giao diện và Keo, nghiên cứu đi sâu vào điệu nhảy phân tử xảy ra khi nước đóng băng. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô phỏng động lực học phân tử tiên tiến để kiểm tra quá trình này. Họ phát hiện ra rằng môi trường vi mô gần bề mặt đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tạo mầm băng.
Nghiên cứu cho thấy rằng hai lớp đơn phân tử nước gần bề mặt sẽ tổ chức thành một mạng tinh thể lục giác hai lớp. Cấu trúc này hoạt động như một giàn giáo, thúc đẩy sự hình thành băng. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng lực hút của bề mặt đối với các phân tử nước cần phải ở mức vừa phải. Quá nhiều lực hút sẽ phá vỡ mạng tinh thể, trong khi quá ít sẽ ngăn cản nó hình thành. “Vùng Goldilocks” này mang đến một sự hiểu biết mới về cách kiểm soát sự hình thành băng.
Những hệ quả của khám phá này là rất lớn. Nó có thể dẫn đến sự phát triển của các lớp phủ chống đóng băng cho ngành hàng không, năng lượng tái tạo và các lĩnh vực khác. Những lớp phủ này có thể được thiết kế để thúc đẩy hoặc ức chế quá trình tạo mầm băng. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu cho rằng các cơ chế tương tự có thể áp dụng cho các chất lỏng liên kết tứ diện khác, mở ra những con đường mới trong khoa học vật liệu và sản xuất chất bán dẫn.
Từ góc độ khoa học khí hậu, nghiên cứu này có thể cải thiện các mô hình hình thành mây và lượng mưa. Những hiểu biết mới cũng có thể hướng dẫn các chiến lược địa kỹ thuật. Nghiên cứu này không chỉ làm sâu sắc thêm sự hiểu biết của chúng ta về nước mà còn mở đường cho thiết kế vật liệu thông minh. Nó đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc khám phá những bí ẩn của nước, hứa hẹn những ứng dụng mang tính thay đổi trong khoa học và công nghệ.