科学知识：水滴内部的冰波

人们 发现，在相当冷的表面上落下的水滴会以一种从未见过的方式冻结。与众所周知的晶体生长不同，较冷的表面会导致圆形冰锋的移动。这些锋面从中心移到冰点的边缘。特温特大学和马克斯·普朗克复杂流体动力学中心的科学家首次证明了这种效应，并在最新一期的《美国国家科学院院刊》上对其物理机制进行了解释。

当雨水落在仍然结冰的路面上时，它会使路面在短时间内变得很滑。这是液滴落在温度低于熔点的表面的一个例子——它是“过冷的”。液滴的冻结和结晶使人联想起雪花中常见的星形树枝状结构。然而，如果表面更冷，液滴不仅冻结得更快，而且机制也会改变。在一个足够冷的表面上，会发生一个显著的现象:当液滴还在扩散时，冰锋从液滴的中心向边缘移动。这种情况反复发生，直到液滴完全冻结。

拍摄从下面

德克萨斯大学的研究人员观察到这一现象是通过拍摄液滴在地表以下的冻结状态。激光在界面上反射，用高速摄像机拍摄。这也被称为全内反射(TIR)，其原理与采集指纹的方法相同。在实验中，下落的液滴是十六烷，它的熔点是18摄氏度。当表面温度降低到这个温度以下11度时，就可以观察到这些波。

在《美国科学院院刊》的理论解释中，德克萨斯大学的科学家们指出，水滴在撞击点最冷，也就是在中间。晶体围绕着它形成，但与此同时，内部的流体流动将它们推向边界。这个过程不断重复，直到整个液滴冻结。研究还发现，表面的温度改变了凝固液滴附着在表面的方式，从而改变了它被“剥落”的容易程度。这项研究不仅让人们对结冰的过程有了基本的了解，还可以帮助研究人员开发出像飞机那样的防结冰表面。它可以改进利用熔蜡凝固的3d打印技术。同时，该技术还可以为芯片制造提供极紫外光刻(EUV)技术的支持。在那里，熔化的金属液滴在镜子上凝固会阻碍整个过程。