科學知識：水滴內部的冰波

人們 發現，在相當冷的表面上落下的水滴會以一種從未見過的方式凍結。與眾所周知的晶體生長不同，較冷的表面會導致圓形冰鋒的移動。這些鋒面從中心移到冰點的邊緣。特溫特大學和馬克斯·普朗克複雜流體動力學中心的科學家首次證明了這種效應，並在最新一期的《美國國家科學院院刊》上對其物理機制進行了解釋。

當雨水落在仍然結冰的路面上時，它會使路面在短時間內變得很滑。這是液滴落在溫度低於熔點的表面的一個例子——它是“過冷的”。液滴的凍結和結晶使人聯想起雪花中常見的星形樹枝狀結構。然而，如果表面更冷，液滴不僅凍結得更快，而且機制也會改變。在一個足夠冷的表面上，會發生一個顯著的現象:當液滴還在擴散時，冰鋒從液滴的中心向邊緣移動。這種情況反覆發生，直到液滴完全凍結。

拍攝從下面

德克薩斯大學的研究人員觀察到這一現象是通過拍攝液滴在地表以下的凍結狀態。激光在界面上反射，用高速攝像機拍攝。這也被稱為全內反射(TIR)，其原理與採集指紋的方法相同。在實驗中，下落的液滴是十六烷，它的熔點是18攝氏度。當表面溫度降低到這個溫度以下11度時，就可以觀察到這些波。

在《美國科學院院刊》的理論解釋中，德克薩斯大學的科學家們指出，水滴在撞擊點最冷，也就是在中間。晶體圍繞著它形成，但與此同時，內部的流體流動將它們推向邊界。這個過程不斷重複，直到整個液滴凍結。研究還發現，表面的溫度改變了凝固液滴附著在表面的方式，從而改變了它被“剝落”的容易程度。這項研究不僅讓人們對結冰的過程有了基本的瞭解，還可以幫助研究人員開發出像飛機那樣的防結冰表面。它可以改進利用熔蠟凝固的3d打印技術。同時，該技術還可以為芯片製造提供極紫外光刻(EUV)技術的支持。在那裡，熔化的金屬液滴在鏡子上凝固會阻礙整個過程。