Op nanoschaal is water bevriest op verschillende manieren, en ze worden niet allemaal volledig begrepen. Onder andere voordelen, beter grip krijgen op deze processen zou grote verbeteringen in de weersvoorspelling kunnen betekenen.

Daartoe, het laboratorium van Amir Haji-Akbari, assistent-professor chemische &milieutechniek, heeft zich gericht op een bijzonder snel proces dat bekend staat als contactvriezen, waarin een onderkoelde (onder het vriespunt, maar niet-bevroren) vloeibare druppel in de atmosfeer botst met een kiemvormend deeltje - dat wil zeggen, een deeltje dat het bevriezen van een vloeistof die ermee in contact komt vergemakkelijkt. Het bevriezen gebeurt veel sneller dan het proces van immersiebevriezing - een vaker voorkomend verschijnsel waarbij een kiemvormend deeltje zich al in een vloeistofdruppel bevindt wanneer de temperatuur daalt.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Precies waarom contactbevriezing plaatsvindt en zo snel is een al lang bestaande vraag onder wetenschappers. Op een bepaald moment, wetenschappers geloofden dat bevriezing werd veroorzaakt door voorbijgaande effecten veroorzaakt door de botsing. Een latere theorie stelde dat bevriezing werd versneld door wat bekend staat als een contactlijn. Dat is wanneer een deeltje wordt blootgesteld aan drie fasen van materie:dampvloeistof en een vast deeltje. experimenten, Hoewel, toonde aan dat geen van beide het antwoord was.

Recentere studies suggereerden dat bevriezing eenvoudigweg plaatsvindt wanneer de oppervlakken van twee deeltjes heel dicht bij elkaar liggen. Haji-Akbari heeft dit getest met een techniek die hij recentelijk heeft ontwikkeld, genaamd jumpy forward-flux sampling. die nauwkeurig de voortgang van een systeem verklaart, zoals de vorming van ijs of sneeuw, hoewel de patronen in korte tijd aanzienlijk kunnen veranderen. Door het zo te doen, zijn team van onderzoekers toonde aan dat de nabijheid van oppervlakken voldoende is om bevriezing te veroorzaken, maar alleen in bepaalde omstandigheden. specifiek, het gebeurt alleen als er een vloeistof is die vatbaar is voor bevriezing van het oppervlak.

"Wat we hebben laten zien, is dat om deze snellere kiemvorming te laten plaatsvinden, het invriezen naast het damp-vloeistof grensvlak moet ook sneller zijn, zelfs als er geen deeltje in deze druppel zit, "zei hij. Inderdaad, ze toonden aan dat deze kiemvorming nog sneller gebeurt in ultradunne films van de oppervlakte-bevriezende vloeistof.

Haji-Akbari zei dat de theoretische benaderingen die ze voor deze studie hebben gebruikt, kunnen worden toegepast om andere bevriezingsprocessen te begrijpen, leidend tot informatie die kan leiden tot betere weersvoorspellingen en waardevolle inzichten kan opleveren voor materiaalwetenschappers.

"Verschillende componenten van deze bevriezingsgebeurtenissen worden niet goed begrepen, inclusief contactbevriezing, "zei hij. "Dus de volgende stap in ons werk is om betere modellen te kunnen bouwen, wat zou kunnen resulteren in nauwkeurigere of betrouwbaardere voorspellingen."