“一杯水冻结时，冰首先在玻璃与水的界面处形成，然后逐渐向内推进。” 这一简单的观察结果困扰了科学家多年。现在，东京大学的研究人员公布了一项关于水如何转化为冰的开创性发现，可能彻底改变多个行业。
这项研究发表于2025年6月4日的《胶体与界面科学杂志》上，深入探讨了水冻结时发生的分子运动。研究小组使用先进的分子动力学模拟来研究这一过程。他们发现，靠近表面的微观环境在冰的成核过程中起着关键作用。
研究表明，靠近表面的两个水单分子层会组织成双层六角晶格。这种结构充当支架，促进冰的形成。研究小组还发现，表面对水分子具有恰到好处的吸引力。吸引力过大会破坏晶格，而吸引力过小则阻止其形成。这种“金发姑娘区”为如何控制冰的形成提供了新的理解。
这项发现的影响是巨大的。它可能导致用于航空、可再生能源和其他领域的防冰涂层的开发。这些涂层可以被设计成促进或抑制冰的成核。此外，研究人员认为，类似的机制可能适用于其他四面体键合液体，从而开辟了材料科学和半导体制造的新途径。
从气候科学的角度来看，这项研究可以改进云的形成和降水模型。新的见解也可能指导地球工程策略。这项研究不仅加深了我们对水的理解，也为智能材料设计铺平了道路。它标志着在解开水之谜的探索中取得了重大进展，有望在科学和技术领域实现变革性应用。