Bề mặt mềm giúp nước không đóng băng ở -44 độ C

Trong thí nghiệm của Đại học Houston, những giọt nước rộng vài nanomet vẫn duy trì dạng lỏng ở mức nhiệt thấp hơn điểm đóng băng thông thường.

Nước thường được cho là đóng băng ở 0 độ C. Tuy nhiên, thí nghiệm mới của nhóm nghiên cứu tại Đại học Houston cho thấy những giọt nước nhỏ có thể duy trì dạng lỏng ở mức nhiệt thấp tới -44 độ C nếu tiếp xúc với bề mặt mềm, New Atlas hôm 7/12 đưa tin. Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature.

Những giọt nước nhỏ có thể duy trì trạng thái lỏng dưới điểm đóng băng thông thường nhờ tiếp xúc với một bề mặt mềm. (Ảnh: Đại học Houston)

Điểm đóng băng của nước là điểm mà phân tử nước bắt đầu đông cứng lại. Những phân tử đầu tiên chuyển đổi là nhóm tiếp xúc với không khí lạnh ở bề mặt. Các tinh thể băng do chúng tạo thành lại thúc đẩy các phân tử lân cận đông cứng. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi toàn bộ khối nước trở thành băng.

Một giọt nước bất kỳ sẽ đóng băng ở điểm nào đó trong khoảng 0 độ C đến -38 độ C. Tuy nhiên, nghiên cứu mới đã vượt qua ngưỡng này. Điểm mấu chốt là loại bề mặt mà nước tiếp xúc, nhóm nhà khoa học cho biết. Các tinh thể băng dễ dàng hình thành trên bề mặt cứng, nhưng những bề mặt mềm như dầu hoặc gel có thể kìm hãm sự hình thành này lâu hơn. Bên cạnh đó, các giọt nhỏ cũng có thể duy trì trạng thái lỏng lâu hơn giọt lớn.

Để tìm hiểu về quá trình chuyển đổi từ nước sang băng, nhóm chuyên gia tiến hành thí nghiệm với những giọt nước chỉ rộng 2 nanomet, trong khi kích thước thông thường là khoảng 100 nanomet. Họ dồn nước vào những lỗ rỗng của một tấm màng làm từ oxit nhôm anode hóa (phủ lên kim loại một lớp oxit bảo vệ). Các giọt nano được bao bọc trong dầu octane để giữ cho bề mặt tiếp xúc luôn "mềm".

"Nghiên cứu nhiệt độ đóng băng của những giọt nước chỉ rộng vài nanomet từng là thách thức chưa có lời giải. Giờ đây, qua những công cụ đo lường mới, chúng tôi có thể tìm hiểu sự đóng băng của những giọt nước từ quy mô micromet xuống còn 2 nanomet", Hadi Ghasemi, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.

Nghiên cứu có thể giúp phát triển những biện pháp mới để giảm sự hình thành băng ở bề mặt máy bay, turbine gió hoặc cơ sở hạ tầng khác, đồng thời giúp cải tiến hệ thống bảo quản lạnh cho thực phẩm hoặc mô mà không phá hủy tế bào khi tinh thể băng hình thành.