冰為什麼這麼滑？很少有人能從微觀層面回答這個問題。摩擦導致的冰面融化和流動實驗有助於解釋滑冰時摩擦力超低的原因。
大多數人都認為，我們能溜冰是因為冰的表面會形成一層水，這層水起到了潤滑作用。但Canale等人1在《Physical Review X》上發表論文指出，雖然冰面肯定有一層什麼東西，但不是單純的水。實際上，這個潤滑層的流體特性與普通的水大不相同，處於液態水和冰的中間狀態。
十九世紀以來，人們一直認為冰面上有一層融水薄膜2。當冰刀或是其他物體在冰上滑過時，它們下面就會產生這個融水層。因此，大多數爭論主要集中在融水層的來源上：究竟是來自表面融化？還是冰鞋摩擦生熱？還是壓強導致的融化？壓強導致的融化基本被否決了，因為這一過程對零下20°C以下的冰不適用，但滑冰照樣能在零下20°C下進行。表面融化和摩擦生熱似乎也無法解釋：這兩種現象不只發生在固態水冰上，而冰幾乎是唯一可以滑冰的物質。
另外，融水層的力學性能也不明確。液體是否能起到潤滑作用主要取決於這種液體是否足夠粘，不會從兩個摩擦表面的縫隙中擠出來。因此，潤滑性較好的通常是粘稠的油脂。而水就不是一個很好的潤滑劑，因為它的粘度太低，很容易從縫隙裡擠出去。出於這個原因，認為有一層水就能潤滑冰刀的想法其實挺奇怪的。這甚至不符合直覺——如果路上或廚房的地溼了，你也是滑不起來的。
Canale等人設計了一些非常巧妙的實驗，用來闡明冰面很滑的微觀力學（見圖1）。作者同時測量了冰的摩擦係數（衡量表面摩擦力的指標）和潤滑層的性質，使用的實驗器材有點像一個大號音叉。研究人員先讓音叉振動，在音叉一端附有一個幾毫米大的玻璃珠，這個玻璃珠會隨音叉在冰面上振盪。這樣一來，玻璃珠就能被看作一個微型冰刀，在同一個區域內以數十微米的幅度滑動。
圖1 | 分析冰的潤滑層。Canale等人1研究了能對冰上滑行物體起到潤滑作用的融水薄層。作者在一個肉眼可見的鋁製音叉一頭粘了一個幾毫米大的玻璃珠。研究人員讓音叉振動，上面的玻璃珠也會在冰面上振盪。音叉上的加速計可以測量玻璃珠在水平方向和垂直方向上的振盪幅度。根據這些測量數據，就能計算出玻璃珠和冰面之間的摩擦係數，以及潤滑層的流體性質（流變性）。觀測得到的潤滑層粘度和彈性表明，潤滑層中含有水和冰顆粒的混合物。
粘有玻璃珠的一端還有一個加速計，加速計用來測量玻璃珠在平行於冰面方向上的振盪幅度，並與驅動力的幅值進行比較。Canale等人利用兩者的差異計算出了玻璃珠和冰面之間的摩擦力。同時，作者還能通過玻璃珠在垂直於冰面方向上的微小振盪（只有幾十納米，確保不會影響到摩擦力的測量），得出潤滑層的性質。作者使用與測量水平運動相同的方式測量了玻璃珠在垂直方向上受到的作用力。根據這兩個測得力的比值就能計算出玻璃和冰之間的摩擦係數。
Canale等人所用的方法不僅能測量垂直運動的幅度變化，還能測量驅動力讓玻璃珠產生振動所需要的時間（相移）。作者通過計算得出了冰面潤滑層的機械阻抗——這裡的機械阻抗表示潤滑層對玻璃珠施力的抵抗。這些數據對應了潤滑層的流體性質（流變性）。
綜合這些測量值，作者可以同時得到潤滑層的摩擦力和流變性。實驗表明，潤滑層對於在其上滑動的物體會同時產生粘性和彈性。這種行為不僅有別於普通的水，和冰的行為也不一樣。因此，實驗結果告訴我們，滑冰需要的不只是一層水。
所以，究竟發生了什麼？之前人們通過複雜的光譜學技術研究過不同溫度下的冰面3，發現冰的融化是非連續的，且以連續的雙分子層為單位融化——第一個雙分子層在約70℃融化，第二個在20℃融化。但是，在相同溫度範圍內測得的摩擦值顯示，冰面的摩擦不會隨雙分子層的融化而變化4。可以說，冰之所以很滑不僅要看它在融化時的表面性能，還有它和冰刀之間的相互作用。
Canale等人的實驗支持了這個觀點。作者提出，在同一個點上反覆滑動會產生一種冰和水的混合物，這種混合物在受到負荷壓迫時，會同時表現出彈性行為（來自冰）和粘性行為（來自水），最終產生的這層物質比普通的水更難被擠出來。這個結果至少能在某種程度上解釋這層物質具有完美潤滑性能的原因。
這項最新研究還就“為什麼只有冰可以滑”的問題給出了初步回答。潤滑後
