科学家将水冷却至零下263°C后，如何使其不结冰？

水的凝固点是0℃，但是如果你在混合中加入一些创造性的科学呢？瑞士的研究人员已经找到了一种方法，可以将水的温度降低到非常低的零下263°C（零下441.4°F），但不会使水结冰。这为研究极端温度下的分子结构提供了一些有趣的可能性。

当水冷却到0℃时水会凝固成冰，表面上的分子开始结晶并变成冰，冰扩散到附近的分子并持续直到整个水体冻结成固体。在这种形式中，水分子以3D晶格结构组织，这与常规水分子的无组织状态非常不同。

那么，如果水可以冷却到冰点以下，而不会形成冰冷的晶体，这如何使其具有这种坚固性呢？苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学的物理学家和化学家们已经找到了一种新的方法，它以一种新的生物物质为中心，他们称之为脂质中间相。其中的分子与天然脂肪分子或脂质的行为方式大致相同，并且会将其自身聚集并自组装成膜。

然后这些膜形成一个小于一纳米的微观通道网络，不幸的是，对于可能的冰晶，它们根本没有形成它们的空间。这意味着当水被添加到结构中时，即使冷却到极端温度，它仍然处于无序、流动的状态。

为了更加深入了解，研究人员采取了一些液态氦并将它们的脂质中间相结构冷却到-263°C的低温，他们注意到没有出现冰晶迹象。这不仅仅是一个很酷的科学实验，因为它可以帮助我们在如此极端的温度下获得对物质行为的新认识。

“在正常的冷冻过程中，当冰晶形成时，它们通常会损坏和破坏膜和关键的大型生物分子，这阻碍了我们在与脂质膜相互作用时确定其结构和功能，”苏黎世联邦理工学院食品与柔性材料实验室的Raffaele Mezzenga教授解释道。

这种工作为寻求以不同方式理解天然分子的结构和功能的其他研究人员开辟了重要的可能性。它还可以用于防止水结冰的场景中，以机场跑道为例。

“但我们的工作并非针对异乎寻常的应用，”Mezzenga说。“我们的主要重点是为研究人员提供一种新工具，以促进低温下分子结构的研究，不含冰干扰晶体，最终了解生命的两个主要组成部分，即水和脂质，在极端温度条件下如何相互作用。”

该研究发表在《自然·纳米技术》杂志上。

水和冰有什么特征？

云团能在温度低达-35°F(-39℃)时含有液态水。当冰晶在小水滴周围形成时，这些小水滴就会失去水分。由于水汽对冰和水的饱和度有细微的差别，使这种条件下的水汽更容易沉淀在冰晶上而不是凝结在水滴上。当冰晶吸收水蒸气不断长大时，失水的空气通过从小水滴中吸收蒸发的水汽来弥补。几分钟后，每个冰晶冻成相当于100万个小水滴那么大，而云中的小水滴却不断缩小直至消失。
较大的冰晶降落下来并且经常同较慢、较小的冰晶发生碰撞。一连串的反应使原来冰粒的碎片形成新的冰晶。随着他们在较低处融化并变潮湿，这些冰晶便拼在一起形成雪花。当加速到每小时20英里(32千米)时，雪花便融化形成雨滴。
最大的雨滴下降最快，在一个被称作并合的过程中，它并合了其他小水滴(在热带地区以及有时在其他地方，即使云团不含冰晶，这种小水滴的并合也足以产生雨滴)。当直径大到约1／15英寸(05厘米)时，空气阻力会把雨滴从紧缩的球形变成类似宽汉堡包的形状。最终空气阻力将大的雨滴扯碎，使之不能变得更大。从来没有云团能下泪珠状的雨滴。
天气预报者并不是总能预测出究竟是下雨还是下雪。高空的雪有时会在一股温暖的气流中融化，只是在地表附近重新凝结，产生叫做雨加雪或冰雹的冰粒。如果雨水温度降至零下仍是液态，就形成过冷的冰雨。当冰雨落到已冰冻的地面，就会迅速形成叫做雨淞的冰面。这样，仅仅几度的气温变化或几百英尺的冷空气，就能使给人们带来不便的泥泞地面变成危险光滑的冰冻路面。