摘要：

过冷水（低于0oC）发生结冰这一常见现象仍有很多未解之谜。水结冰通常被认为分成成核和生长两个过程：随机涨落形成小冰核，随机涨落小冰核偶然达到临界尺寸，形成临界冰核；然后临界冰核自发快速生长致全部水结冰。临界冰核形成是水结冰的关键，但因其尺寸小（纳米）、寿命短（纳秒）而缺乏直接试验观测。水结冰成核通常需要基底或杂质表面辅助，使得水能在较低过冷度（较接近0oC）即可结冰，但这些表面的特征与其促进水结冰成核能力间关系目前仍不很清楚，缺乏预期表面结冰能力的理论。纯水结冰关系到过冷水本身的特征，一般认为在-40 oC附近发生，更低温度下液态水因为很快自发结冰而难以被探测，被称为水研究的“无人区”。近一二十年来一些工作暗示发生在-40 oC附近的水自发结冰可能仍是由水中残存的杂质或水滴表面诱导导致，但实验数据精度不足，至今无明确结论。这里简要介绍我们课题组和合作者最近在水结冰成核方面的工作：试验探测临界冰核；理论与模拟研究表面分子相互作用与促进结冰成核能力关系；系统实验及发展高精度数据处理方法澄清纯水结冰机制;以及基于冰重结晶动力学的精确控制纳米自组装等应用。

参考文献：

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