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　　水結(jié)冰是自然界中非常普遍的現(xiàn)象，它不僅潛移默化地影響著地球上的氣候、地質(zhì)及生命，還在化學(xué)工業(yè)、低溫生物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。掌握冰的形成過程將會給生產(chǎn)生活帶來極大便利，如細胞和組織的低溫凍存，維持疫苗在生產(chǎn)和輸運過程中的高活性等。日前，中國科學(xué)院化學(xué)所研究員王健君、中國科學(xué)院大學(xué)教授周昕等人在《自然》上發(fā)表論文，首次在實驗上證實了水結(jié)冰過程中“臨界冰核”的存在，并給出了“臨界冰核”的尺寸和過冷溫度的關(guān)系，符合經(jīng)典成核理論的預(yù)言。這個工作對水結(jié)冰機理、相變現(xiàn)象乃至統(tǒng)計物理中宏觀和微觀關(guān)系等都有重要意義。

　　王健君介紹，低溫下水結(jié)冰等相變現(xiàn)象不僅是科學(xué)研究的基本問題，同時有重要應(yīng)用價值。吉布斯（Gibbs）等人近百年前基于熱力學(xué)原理，提出相變的“經(jīng)典成核理論”。近年來，隨著微觀探測技術(shù)的發(fā)展，研究人員對相變過程的認識越來越深刻，證實了經(jīng)典成核理論的許多推論，但對成核的核心概念“臨界核”的存在性，始終無法給出直接的實驗證據(jù)，阻礙了對自然界中相變成核這一重要物理現(xiàn)象的進一步理解，甚至引起對宏觀推論給出微觀層面臨界核概念的實用性產(chǎn)生疑問。

　　“‘臨界冰核’被認為是過冷水結(jié)冰過程中非常偶然發(fā)生的，并且一旦發(fā)生瞬間消失或者長大的，不穩(wěn)定的納米顆粒。其偶然性（需要等待很長時間才可能發(fā)生）、瞬時性（存在壽命納秒級別）、和微觀性（納米級尺寸），使得當(dāng)前已有的微觀探測技術(shù)都很難成功應(yīng)用，成為數(shù)十年來的研究難點?！蓖踅【f，“我們的研究人員創(chuàng)造性地使用系列固定尺寸的納米顆粒去探測‘臨界冰核’，實驗結(jié)合理論計算，簡潔清晰地得到了‘臨界冰核’的尺寸。這項實驗研究所得結(jié)果與理論計算高度相符，并且結(jié)論普適，即和使用納米顆粒種類材質(zhì)等因素?zé)o關(guān)，不僅確定無疑地證實了‘臨界冰核’的存在，而且有可能是研究其他相變成核問題的普適方法?！?/p>

　　（原載于《光明日報》 2019-12-24 08版）