10月1日国庆节，北京制冷学会带大家一起探索过冷水的秘密。

今年是建国73周年，在这个举国同庆的日子里，给大家呈现一个有趣的现象。众所周知，冰点温度是零度，这意味着水在零度便会冻结成冰。但在日常生活中我们偶尔会发现冰箱冷冻室里的水明明已经放置了很长时间，却仍保持着液态。而这种现象（水）便是今天给大家科普的主角-过冷现象（过冷水）。

图1. 过冷水现象

在0℃以下仍然保持液态的水叫做过冷水，产生过冷现象的原因通常是因为液体比较纯净，没有凝固所需要的“结晶核”。而这并不意味着过冷水会一直保持液态。实际上，过冷水处于一种亚稳态，即过冷液体是不稳定的，此时加入少许该物质的晶体或者施加外力扰动，可以让液体迅速凝固[1]。

过冷作为一种常见的热物理现象，纯水结晶时温度随时间的演变形式如图2所示[2]，理论结冰温度与实际结冰温度之差叫做过冷度。工程上过冷度的存在不仅导致结晶温度降低，还延长了结晶时间，降低了能量的利用效率[3]。如当飞机穿过有过冷水的云层时，飞机机身就是凝结核，过冷水遇到飞机会迅速结成冰，飞机就容易发生坠机事故[4]。目前，通常使用物理和化学结合的方法来降低过冷，如添加成核剂促进结晶。过冷产生的机制以及各因素的影响规律尚未整理规范，如何进一步降低或者调节过冷是我们下一步需要共同面对的挑战。

图2. 纯水温度随时间的变化曲线

过冷现象与我们的生活息息相关，我们在平时逛街时，看到过许多饮料店贩卖着冰沙可乐，这是通过敲打冰桶中玻璃瓶可乐的底部，外部的扰动便使得液态可乐变成了可乐冰沙，其中就运用到了过冷水的原理。如果我们想自己动手制作过冷水需要注意以下几点：瓶子最好是玻璃瓶；溶液最好是纯净水；将瓶子竖放入冰箱；整个操作过程不要摇晃瓶子；取出时轻轻取出。

参考文献：

[1] Mullin J W. Crystallization[M]. Elsevier, 2001.

[2] Xing M, Zhang H, Chen H, et al. Solidification characteristic enhancement of aqueous nanofluid with different carbon nanotube sizes[J]. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2022, 131: 105880.

[3] Gallo P, Bachler J, Bove L E, et al. Advances in the study of supercooled water[J]. The. European Physical Journal E, 2021, 44(11): 1-36.

[4] Tang X F, Li W, Shi H F, et al. Colloid and Polymer Science[J], 2013, 291, 1705.

撰稿人：北京建筑大学环境与能源工程学院副教授邢美波（北京市科协2021-2023年度青年人才托举工程被托举人）