水可以在室温下甚至更高的温度下冷冻,普通水沸腾?所谓的“暖冰”的形成对于普通大众来说可能是一种不熟悉的现象,并且可以通过控制液体变成固体的结晶过程来实现。原则上,这种操纵不仅可以通过改变温度而且可以通过压力来实现。然而,后者需要在水上施加极高水平的压力(大气压力的10,000倍)。
韩国标准与科学研究院(KRISS,Sang-Ryoul Park总裁)极端物理团队前沿融合物业测量中心成功创造了室温冰,并通过动态压缩水达到10,000以上来控制其生长行为气氛。通过系统地改变压缩率,研究小组发现了从三维冰到二维冰的突然形态交叉。严谨的调查揭示了异常生长转变的潜在机制,这种转变表现为冰的形状和生长速度变化的形式。这种高压技术和现象可以对广泛的实际应用产生重大影响 - 生物学,食品,医疗和航空航天。
该技术的重要之处在于,无论温度如何,都可以人工控制冰的大小,形状和生长速率。
在自然界中观察到的冰有超过10,000个晶体,包括六角形板,柱和树枝状晶体。这种各种形式的冰晶引起对自然的好奇心以及具有重要的工业应用。特别是,用压力而不是温度控制冰晶可以解决现有的冰问题,因此对这一努力非常感兴趣。
一个代表性的例子是食物。当肉在常规大气压下冷冻时,会产生具有针状角的六角形板状冰晶,并导致细胞和组织的损伤。这就是为什么来自冰柜的肉不那么多汁,味道不如未冷冻的肉好。然而,当肉在高压下冷冻时,会产生角部不尖锐的不同形状的冰晶,从而保护肉的质量。
在飞机上形成的冰会导致飞机缺陷和事故。在积雪和海拔10,000米的地方,气温低于40?零度以下,飞机机翼上形成冰。当异常形成冰晶时,机翼形状会发生变化,从而降低升力。因此,控制冰晶的生长速度和形式极大地影响了飞机的安全性和操作效率。
KRISS首席研究科学家Yun-Hee Lee,Sooheyong Lee和Geun Woo Lee开发了一种“实时动态金刚石砧座”装置,可施加高达每秒大气压力5,000,000倍的压力,并应用该装置研究冰生长在高压下。结果,研究小组成功地在室温下压缩水以产生高压冰,并通过动态压力控制成功地将三维八面体冰转化为二维翼形冰。
该技术是一种独立的技术,可以通过将驱动控制和分子振动测量技术集成到金刚石砧座电池中来同时测量材料的压力,体积,图像和分子结构,从而实现极高压环境。
类似研究的重点通常是控制温度和浓度; 由于不可避免的热和质量扩散的时间延迟,不可能清楚地观察到快速的晶体生长。另一方面,压力允许立即和均匀地施加并克服现有限制,从而可以详细地理解和控制水分子的结晶过程。
KRISS首席研究科学家Yun-Hee Lee说:“应用高压冷冻技术可以产生新形式的冰晶和冷冻过程,以保持食品的味道和新鲜度。将这项技术应用于目前用于冷链系统的冷链系统。新鲜食品的物流有望进一步提高食品的适销性。“