Er gaat niets boven een ijsje op een warme dag, en het eten voordat het te veel smelt, maakt deel uit van het plezier. IJs is een zachte vaste stof, en de aantrekkingskracht is een complexe combinatie van 'mondgevoel', smaak en uiterlijk, die allemaal sterk worden beïnvloed door de onderliggende microstructuur. We weten dat veranderingen in de microstructuur van ijs optreden bij bewaartemperaturen boven -30°C, dus ze zullen optreden tijdens verzending, en in vriezers in de supermarkt en thuis. In hun voortdurende zoektocht om het perfecte ijs te creëren, een internationaal team van onderzoekers bracht monsters naar Diamond om de temperatuurafhankelijkheid van deze microstructurele veranderingen te onderzoeken, en de onderliggende fysieke mechanismen die de microstructurele stabiliteit beheersen.

Eerder onderzoek heeft vergroving van de microstructuur onderzocht met lichtmicroscopie en cryo-scanning elektronenmicroscopie, en transmissie-elektronenmicroscopie, maar deze technieken geven alleen 2-D informatie van het oppervlak of van sneden door het ijsmonster. 3D-röntgentomografie biedt veel meer informatie, en voor hun eerste reeks experimenten bij Diamond, het team gebruikte ijsmonsters die vooraf thermisch waren 'misbruikt', door ze een aantal dagen tussen -15°C en -5°C te fietsen. De resultaten toonden aan dat zowel ijskristallen als luchtcellen in het ijsschuim tot 14 cycli in omvang groeiden, met een groeisnelheid die aanzienlijk afnam na 7 cycli.

Deze ex situ studies konden de interacties tussen de microstructurele kenmerken niet aantonen, en dus voor hun meest recente reeks experimenten, het team bracht ijsmonsters die thermisch door 7 cycli waren gefietst naar Diamond, en onderzocht ze vervolgens gedurende nog eens 7 cycli op de Diamond Manchester Beamline (I13-2). Ze ontwikkelden een nieuwe methode voor gegevensreconstructie en beeldverwerking om de grote dataset die het resultaat is van deze tijdsopgeloste studies te segmenteren en te kwantificeren.

De resultaten toonden aan dat smelten en herkristallisatie verantwoordelijk is voor veranderingen in de grootte en vorm van ijskristallen tijdens thermisch misbruik, terwijl de veranderingen in luchtbelgrootte en interconnectiviteit voornamelijk te wijten zijn aan het samenvloeien van de bellen.

Volgens professor Peter Lee van het onderzoekscomplex in Harwell:

"Dit werk onthulde ook andere interessante fenomenen, inclusief de rol van de niet-bevroren matrix bij het handhaven van de microstructurele stabiliteit van het ijs en de complexe interacties tussen ijskristallen en luchtbellen. Bijvoorbeeld, het smelten en herkristalliseren van ijskristallen heeft een significante invloed op de morfologie van de luchtbellen en het gedrag van de niet-bevroren matrix."

De resultaten van het team bieden cruciale informatie die het begrip van microstructurele evolutie in ijs en ander zacht voedsel verbetert. De experimentele opstelling en de ontwikkelde beeldverwerkingsroutines zijn toepasbaar op een breed scala aan zachte materialen.