在纳米尺度上，水以各种方式结冰，但并不是所有的方式都被完全理解。在其他好处中，更好地处理这些过程可能意味着天气预报的显著改进。因此，化学与环境工程助理教授阿米尔哈吉-阿克巴里(Amir Haji-Akbari)重点研究了一种称为接触冻结的特别快速的过程，在这种过程中，大气中的过冷液滴(低于冰点但未冻结)和成核粒子——(即促进与它们接触的液体冻结的粒子)。冷冻比浸没冷冻发生得快得多，浸没冷冻是一种更常见的情况。当温度降低时，成核粒子已经在液滴内部。
结果最近发表在《美国化学学会杂志》。
为什么接触冷冻发生得如此之快一直是科学家们的一个长期问题。在某种程度上，科学家认为冻结是由碰撞引起的瞬态效应引起的。后来的理论认为，所谓的接触线加速了冻结。也就是当粒子暴露于三相物质——蒸汽、液体和固体粒子时。然而，实验表明，这些都不是答案。
最近的研究表明，当两个粒子的表面非常靠近时，就会发生冻结。哈吉-阿克巴里(Haji-Akbari)用他最近开发的一种称为向前跳跃通量采样的技术对此进行了测试，这种技术准确地解释了系统的进展，例如冰或雪的形成，即使模式可以在短时间内发生显著变化。通过这样做，他的研究小组证明了表面足够近，足以导致冻结，但只是在某些情况下。具体来说，只有当液体容易在表面冻结时，才会发生这种情况。
“我们展示的是，为了使成核发生得更快，汽液界面附近的冻结必须更快，即使这个液滴中没有粒子，”他说。事实上，他们表明这种成核在表面有冷冻液体的超薄薄膜中发生得更快。
哈吉-阿克巴里说，他们在这项研究中使用的理论方法可以用来理解其他冻结过程，从而获得更好地预测天气的信息，并为材料科学家提供有价值的见解。
“这些冻结事件的几个组成部分仍然不清楚，包括接触冻结，”他说。“因此，我们工作的下一步是能够建立更好的模型，这可能导致更准确或更可靠的预测。”
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