新的理解为什么有时过冷的水滴冻结时爆炸

水几乎是独一无二的功能扩大的冷冻可以导致水滴分开,和来自美国的新研究提供了重要的见解影响的因素,由此产生的冰。¹研究结果可能会导致大气的造型。

水不就立即固化温度低于0°C因为冰晶必须首先成核和传播。因此水滴可以保持的亚稳过冷液体稳定远低于冰点。当水最终开始冻结时,外面是最有可能在滴。这部分是因为简单的几何图形,一个3 d形状区域远离其中心,也因为冷却液滴冷却后先在外面。如果外部结冰,然后中心冻结冰产生压力。

这种压力可以被释放,如果固体壳裂缝,允许液态水逃离内部。这然后冻结到凸起的所谓的针状结构。滴还可以完全粉碎,留下多大块的冰。在2017年,桑德Wildeman荷兰特文特大学和他的同事观察到使用高速成像液滴比约50μm很可能打破,而较小的水滴都没有。²

然而,在新的工作Claudiu斯坦新泽西州罗格斯大学和他的同事们更深入地观察过冷却水滴仅40μm大小。研究人员使用斯坦福线性加速器实验室执行同步x射线衍射成像和光学显微镜对成千上万的液滴在6.4和7.8之间女士后注入一个真空室。他们发现大约60%的爆炸。研究人员猜测,这可能是因为,在更多的深过冷环境中,水滴形成更强的冰壳,防止水逃离形成针状体:“目前我们的解释是,也许我们是保持和建筑的压力因为壳强度的增加,”斯坦说。他希望把与他人共同合作领域可能允许到达一个公式连接空气压力、温度和液滴直径液滴分裂的概率和碎片的数量生产。这是一个长期存在的问题在云物理,为例。

分析x射线衍射模式,研究人员发现,水没有冻结成熟悉的六角冰。先前的实验涉及过冷的水滴从油水乳化发现,冻结几分钟后,冰在一个中间阶段,叠加缺陷六角连接地区冰立方和地区冰。³然而,在新的实验中,冻滴采取了冻结后紧张的六角形配置1毫秒。没有连续实验这两个还有很多数量级差异时间表,”斯坦说。”看来,压力至少足以介绍一些堆积缺陷,但这将发生的机制我们不知道。的研究人员正在计划延长他们的工作更长的时间尺度来观察结构的演变。

计算化学家巴勃罗Debenedetti美国普林斯顿大学的研究者们印象深刻的实验技术和组合说他们的工作是一个有趣的方法非常复杂的方法快速冻结条件下液滴动力学。他现在希望他们将推动更冷的温度,在那里,他说,“我将感兴趣的是他们是否看到冰立方的签名。”他也表明他们可能的技术应用于其他液体。