科学者が珍しい新しい形の氷を発見

日本の研究者は、過冷却水中で氷の結晶を形成するのに役立つ、ice-0 と呼ばれる新しい形の氷を発見しました。 彼らの研究は、ice-0 のような構造により水滴の表面近くで氷核生成が発生する可能性があることを明らかにし、長年の議論を解決しました。 これらの結果は、氷の形成についての理解を深め、気候研究や食品科学などのさまざまな分野に重要な意味をもたらします。

氷はほとんどの人が思っているよりも複雑で、科学では圧力と温度のさまざまな組み合わせの下で形成される20種類以上の氷が特定されています。 私たちが飲み物を冷やすために使用するファーストアイスとして知られるタイプは、地球上に自然に存在する数少ない形態の 1 つです。 最近、日本の研究者らは、別のタイプのアイス 0 を発見しました。アイス 0 は、過冷却水の中で氷の結晶を形成し始める珍しい形の氷です。

液体の水の表面近くでの氷の形成は、ice 0 として知られる珍しいタイプの氷に似た構造を持つ小さな結晶前駆体から始まる可能性があります。 ネイチャーコミュニケーションズ東京大学生産技術研究所社会連携研究部門「氷保護科学」の研究者らは、これらの氷のような構造が水滴の中心部ではなく表面近くで凍結させる可能性があることを示した。 この発見は長年の謎を解決し、氷がどのように形成されるのかについての私たちの理解を再定義するのに役立つ可能性があります。

氷の形成過程

氷核生成として知られる氷の結晶化は、通常、不均一に、つまり固体表面上で発生します。 これは通常、液体と固体が接触する水容器の表面で発生すると予想されます。 しかし、この新しい研究は、氷の結晶化が空気と接する水面直下でも発生する可能性があることを示しています。 ここで、氷は、氷 0 と同じ特徴的な円形構造を持つ小さな前駆体の周囲で結晶化します。

「シミュレーションは、等温条件下では水滴が自由表面近くで結晶化する可能性が高いことを示しました。これにより、結晶化が表面でより容易に起こるか内部でより容易に起こるかについての長年の議論が解決されました」と研究の筆頭著者であるGang Sunは述べています。 。

東京大学生産技術研究所の研究者らは、最近発見された珍しいタイプの氷に似た構造を通じて氷が水面近くで形成され始めることを発見し、氷の形成についての理解を深めるのに役立ちました。 出典：東京大学生産技術研究所

氷の前駆体 0

Ice 0 の前任者は過冷却水に非常によく似た構造を持っており、通常の氷の構造で直接水分子を形成する必要がなく、水分子が過冷却水からより容易に結晶化することができます。 水の表面張力によって引き起こされる負圧効果の結果として、小さな氷前駆体が自発的に形成されます。 これらの前駆体から結晶化が始まると、ice 0 のような構造がすぐに再配置されて、より一般的な Ice I になります。

主著者の田中一氏は、この研究の広範な意義を強調し、「水面の結晶化のメカニズムに関する発見は、水の結晶化が重要な役割を果たす気候研究や食品科学などのさまざまな分野に大きく貢献することが期待される」と述べた。役割。”

氷とその形成方法をより詳細に理解することで、さまざまな研究分野への貴重な洞察が得られます。 この研究は、例えば、氷のような 0 前駆体による氷の形成が、雲の中に見られるような小さな水滴においてより顕著な影響を与える可能性がある気象学において特に興味深いものとなる可能性があります。 氷を理解することは、食品科学から空調に至るまで、テクノロジーにもメリットをもたらす可能性があります。

参考文献：「負圧領域で形成された前駆体による表面誘起水の結晶化」Gang Sun および田中創著、2024 年 7 月 26 日、 ネイチャーコミュニケーションズ。
土井: 10.1038/s41467-024-50188-1