據(jù)新華社北京12月19日電 中國科學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了水結(jié)冰過程中“臨界冰核”的存在，并給出了“臨界冰核”的尺寸和過冷溫度的關(guān)系，從而證實(shí)了“經(jīng)典成核理論”的預(yù)言。研究成果19日在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

低溫下水結(jié)冰的現(xiàn)象再常見不過，但微觀層面上“水變冰”的具體過程卻不為人所知。近百年前，科學(xué)家吉布斯等人基于熱力學(xué)原理，提出相變的“經(jīng)典成核理論”，認(rèn)為如水結(jié)冰這類相變需經(jīng)過一個成核過程，水過冷形成小冰核，僅當(dāng)形成的冰核偶然超過臨界尺寸（即“臨界冰核”）時，相變才能自發(fā)發(fā)生。

然而，由于“臨界冰核”的偶然性、瞬時性（納秒級別）和微觀性（納米級別），給微觀探測帶來極大難度。數(shù)十年來，微觀探測技術(shù)的發(fā)展使得“經(jīng)典成核理論”的許多推論得到證實(shí)，但對成核理論的核心概念“臨界核”的存在性，研究人員始終無法給出直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

此次，中科院化學(xué)所王健君、中國科學(xué)院大學(xué)周昕團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地使用系列固定尺寸的納米顆粒去探測“臨界冰核”，實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論計(jì)算，簡潔清晰地得到了“臨界冰核”的尺寸。