央广网北京12月24日消息（记者朱宏源）据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道，冰和水是我们生活中最常见的物质，那么水究竟是怎么变成冰的？水是在哪一瞬间结冰的呢？这个问题看似简单，上百年来却没有人能够说得清楚。近日，中国科学家在实验上“再现”了水结冰的过程，揭示了这一过程中“临界冰核”的存在，证实了经典临界冰核理论的百年预言。韩国工程院院士Dong June AHN（安东俊）教授评价道，该研究在冰成核领域是具有里程碑意义的工作之一。实验中证实临界冰核的存在有什么样的意义？在技术应用中将涉及哪些领域？

　　虽然著名科学家吉布斯在100多年前预测了临界冰核的存在，但临界冰核的真实面目却始终没人见过。但就在不久前，中科院化学所等多个单位的联合研究团队，首次在实验上证实了水结冰过程当中，临界冰核的存在，对低温冻存、防冻涂层等研究和应用具有重要意义。

　　在12月19日，国际知名学术期刊《自然》发表了由中国科学院化学研究所王健君、中国科学院大学周昕团队领衔完成的科研成果。该成果论文通讯作者、中国科学院化学研究所研究员王健君介绍，想抓住水变冰的瞬间需要用一些“特殊手段”：“理论预测的临界冰核具有一个尺寸小（纳米级别）、时间窗口短（纳秒级别）的特点。同时，它还是一个随机的事件，所以这么多年来没有仪器能检测到。而我们设计了一个巧妙的用纳米颗粒作为尺子去量临界冰核的方法；实验结合理论计算发现只有当临界冰核尺寸与纳米颗粒的尺寸一致的时候，冰才能形成。这样我们就通过设计制备系列固定尺寸的纳米颗粒，测量得到了不同过冷温度下的临界冰核的尺寸。”

　　根据热力学原理，水分子会不停地进行热运动；当温度低于冰点，水分子会趋向于有序的排列。冰核的形成，就是水分子的无序热运动和水分子有序排列的竞争结果。当形成的冰核大小超过临界尺寸时，即形成临界冰核时，水才会开始结冰。而不可控的结冰，在实际生活中常常会变成隐患。

　　王健君介绍：“在冬天的时候飞机表面会结冰。美国航空航天局的数据统计得出：有十分之一的飞机失事都是由结冰引起的。所以我们在冬天坐飞机的时候就会等半小时甚至一小时。这样机场地勤人员可以用盐水或者热蒸汽把表面冰除掉。如果我们能把这个理论应用于防冰涂层的设计制备，可以避免（一些由结冰引起的事故）或者让我们等待（化冰）的时间变短。”

　　作为一个自然界的普遍现象，冰水之间的转换不仅影响着地球上的气候、地质及生命，还在化学工业、低温生物学、材料科学等领域发挥着至关重要的作用，比如，细胞和组织的低温冻存、维持疫苗在生产和输运过程中的高活性。王健君说，如果能把冰控制好，就能大大减少低温冻存的成本和效率。“低温保存，比如食物保存、疫苗的冻存及细胞与组织的冻存过程中均有冰晶产生。冻存的过程中，如果不控制冰晶形成，冰晶就像剑一样，会把疫苗、细胞损害，复苏效果不理想。所以如果能控制冰的形成，无疑在这些方面，比如疫苗与细胞的低温冻存等领域有非常大的应用。”

　　此外，近些年人体冷冻技术也经常会引发社会广泛关注，人体冷冻主要研究体温对寿命的影响。如果将人的体温降低两度，那么一个人便可以多活120到150年。目前，降低体温的实验已经取得了良好效果。但是在人体化冻过程中冰晶生长会破坏细胞或人体组织，这是当前人体冻存最大的问题。王健君解释：“由于人体体积大，所以复苏的过程中体内的温度往往不一致。这时人体内温度相对高的区域冰晶会变大，损害细胞或组织。因而，目前科学家们正在努力使复苏过程中体内温度一致或者能更有效地控制冰晶的生长，使人体的冻存尽早实现。”