【摘要】 控制靠近固体表面的冰的非均质成核在许多领域都具有重要的科学和技术意义，包括云的形成，造雪，以及提高作物和动物组织的耐冻性，以及风力涡轮机叶片，电力线和飞机的防冰涂层的设计。

控制靠近固体表面的冰的非均质成核在许多领域都具有重要的科学和技术意义，包括云的形成，造雪，以及提高作物和动物组织的耐冻性，以及风力涡轮机叶片，电力线和飞机的防冰涂层的设计。在经典成核理论的基础上，非均相成核速率取决于水的体积、表面积、表面能、熔化热和温度等因素。表面能如何影响冻结温度和成核速率这一最基本的问题之一尚未得到明确的回答，在某些情况下，结论是相互矛盾的。例如，据报道，疏水表面上的冰成核速率高于亲水表面上的冰成核速率。然而，分子动力学模拟表明，在预测冰的非均相成核能力方面，表面粗糙度比表面亲水性更重要。相比之下，有报道称，水滴在具有较高疏水性的表面附近具有较低的冻结温度较长的冻结时间或较慢的生长速率。

Zhang等人[1]通过保持其他影响冰核速率恒定的参数，测量了固体表面的表面能对水的结构和冻结温度的影响。和频产生光谱用于监测冷却和加热过程中界面结构的变化。这些实验表明，在表面成核率占主导地位的条件下，与体积相比，表面能降低，冻结温度降低。疏水表面(水接触角为54°以上)表现出高度有序的水结构。特别是处于亲疏水过渡阶段的环氧树脂- SAM表面，在与水接触时表现出微妙的碳-氢峰和高度有序的水结构，这是典型的疏水表面。经典的泊松形核模型可以很好地描述表面能对冻结转变的影响。了解表面能对冻结温度下降的影响将有助于设计工业应用的新型防冰表面。

[1] Yu Zhang, Emmanuel Anim-Danso, Selemon Bekele, and Ali Dhinojwala*. Effect of Surface Energy on Freezing Temperature of Water[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8(27): 17583–17590.

 

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