Ученые научились управлять замерзанием воды

Вода на поверхности некоторых кристаллов и пленок с отрицательным электрическим зарядом не замерзает при температуре минус 11 градусов Цельсия, сообщают исследователи из института Вейцмана в Израиле, работа которых опубликована в пятницу в журнале Science.

flickr.com/jenny downing (few and far between)

Пресная вода при атмосферном давлении замерзает при нуле градусов Цельсия, однако в лабораторных условиях очищенную воду в особо чистом сосуде можно охладить и до более низкой температуры. Такую переохлажденную воду ученые сохраняли жидкой и при 40 градусах ниже нуля, но это состояние жидкости считается неустойчивым: при появлении частиц, вокруг которых может образоваться кристалл льда - центров кристаллизации - вода быстро замерзает.

Группа ученых под руководством Игоря Любомирского изучала влияние электрического поля на замерзание переохлажденной воды. Ученые провели в общей сложности около 40 экспериментов, используя вещества-пироэлектрики, соединения, распределение электрического заряда на которых меняется при колебании температуры.

Капли воды на пленках из титаната стронция (SrTiO3) и кристаллах танталата лития (LiTaO3) без воздействия электрического поля замерзали при температуре около 12-12,5 градуса ниже нуля. Когда поверхностям придавали положительный электрический заряд, температура замерзания существенно поднималась - до минус четырех-семи градусов. На отрицательно заряженных кристаллах и пленках вода оставалась жидкой при 18-19 градусах ниже нуля.

Кроме того, с помощью рентгеновской дифрактометрии ученые выяснили, что в первом случае, при положительном заряде, образование кристаллов льда начинается на границе с твердым веществом, а во втором - с воздухом.

Влияние электрического поля на замерзание воды может объяснить такие биологические феномены, как выживание холоднокровных животных при низких температурах. Кроме того, полученные израильскими авторами результаты могут быть использованы при изучении проблем криоконсервации - заморозки живых клеток и тканей, защиты урожаев, производстве искусственного снега и рассеивании облаков.