告别粘冰但持保留态度

当美国人为冬天做准备时，许多人将面临他们最棘手的敌人之一：冰。从航班延误到道路湿滑，表面积冰会在很多方面造成严重破坏。

但并非所有的冰都是一样的。在伊利诺伊大学芝加哥分校的新研究中，科学家研究了含有盐、肥皂和酒精等日常污染物的冰的粘性。大多数实验室研究通常测试由纯水制成的冰，但在自然界中，冰很少是纯净的。

伊利诺伊大学芝加哥分校机械与工业工程系副教授、资深作者苏尚特·阿南德(SushantAnand)表示：“无论是肮脏的人行道还是前往北极的海船船体，那里总是存在杂质。”“所以，我自然想到的问题是：这些化合物对冰在表面的粘附强度有什么影响?”

阿南德的实验室制备了含有不同浓度污染物的冰，并测试了它们对不同工业材料的附着力。令人惊讶的是，他们发现在某些条件下，不纯的冰比纯水制成的冰的粘性要低得多。

这种光滑的原因可以追溯到水含有杂质时如何结冰以及冰接触固体材料的独特结构(称为准液体层)。

阿南德说：“固体附近的冰区域具有类似液体的特性，其厚度可能会影响冰的粘附程度。”“但是这个区域确实很难通过实验来分析。”

因此，他与伊利诺伊大学芝加哥分校的同事SubramanianSankaranarayanan及其在伊利诺伊大学芝加哥分校/阿贡国家实验室的团队合作，利用分子动力学模拟研究了这一层以及它如何随着不同杂质水平的变化而变化。他们发现，当不纯的水结冰时，它会排出污染物，这些污染物沿着通道和冰粒边界流向冰基，在那里形成一层液体层，使冰变得格外光滑。

“这些见解可能会导致下一代防冻技术的设计，该技术会缓慢释放污染物以促进冰的轻松脱落，”毕业的博士说。学生RukmavaChatterjee，该论文的第一作者。

令人惊讶的测试结果提出了另一个问题：如果低盐浓度使冰不太可能粘附在表面上，为什么在北极气候下航行通过咸水的船只仍然难以形成冰?

实验表明，水的结冰速度会影响杂质如何迁移到冰接触固体的区域。缓慢的冷冻过程会导致污染物被隔离到集中的区域甚至完全排出，从而产生更纯净、更坚固的冰。更快的冷冻可以保留冰内的污染物及其在冰-固体界面处的积累，从而导致粘附力减弱。

阿南德说：“我们的研究只是冰山一角，为不纯冰如何粘附在多个学科中产生广泛影响开辟了新的研究方向。”