中国科学家在实验中首次证实了水结冰过程中“临界冰核”的存在，并给出了“临界冰核”的大小与过冷温度的关系，从而证实了“经典成核理论”的预测研究结果于19日发表在国际知名学术期刊《自然》的网上。水在
低温下结冰的现象非常普遍，但在微观层面上“水成冰”的具体过程尚不清楚。将近一百年前，科学家吉布斯等人根据热力学原理提出了相变的“经典成核理论”。他们认为，像水结冰这样的相变需要一个成核过程，水过冷会形成小的冰核。只有当形成的冰核意外超过临界尺寸(即“临界冰核”)时，相变才会自发发生
然而，由于“临界冰核”的偶然性、瞬时性(纳秒级)和微观性(纳米级)，微观检测极其困难几十年来，显微检测技术的发展证实了“经典成核理论”的许多推论。然而，研究人员无法给出直接的实验证据来证明成核理论的核心概念“临界核”的存在
这次，中国科学院化学研究所的王建军和中国科学院大学的周信创造性地使用了一系列固定大小的纳米粒子来探测“临界冰核”。实验与理论计算相结合，简明清晰地得到了“临界冰核”的大小。
“这个实验可以理解为用一定尺寸的纳米粒子作为标尺来测量‘临界冰芯’:不断降低温度，使冰芯达到临界所需尺寸。当这个尺寸刚好等于纳米粒子的尺寸时，很容易形成“临界冰核”，这导致大冰晶的快速出现，因此可以被检测到。”王建军说道
据介绍，本课题的研究加深了对水冷冻这一重要相变现象的微观机理的理解，也为实现人工冰控制应用提供了重要的理论指导，如调节冰晶的形成和生长，提高细胞组织等冷冻保存的恢复效率，提高食品制备和冷藏的新鲜度。它将在化学工业、低温生物学、材料科学等领域发挥重要作用。对
的进一步研究表明，本课题的研究结论具有普适性，可作为研究其他相核问题的通用方法。(张权董锐锋)