当美国人准备过冬时，许多人将面临他们最大的敌人之一:冰。从航班延误到道路湿滑，地面上的冰积聚在许多方面都造成了严重破坏。
但并非所有的冰都是一样的。在伊利诺伊大学芝加哥分校的一项新研究中，科学家们研究了含有盐、肥皂和酒精等日常污染物的冰的粘性。大多数实验室研究通常测试由纯水制成的冰，但在自然界中，冰很少是纯净的。
UIC机械与工业工程副教授、资深作者Sushant Anand说:“无论是肮脏的人行道还是前往北极的船舶的船体，那里总是有杂质。”“所以，想到的自然问题是:这些化合物对冰附着在表面的强度有什么影响?”
阿南德的实验室准备了含有不同浓度污染物的冰，并测试了它们附着在不同工业材料上的强度。令人惊讶的是，他们发现在某些条件下，不纯净的冰比纯水制成的冰的粘性要小得多。
这种滑溜的原因可以追溯到水含有杂质时结冰的方式，以及冰接触固体物质的独特结构，称为准液体层。
阿南德说:“靠近固体的冰区具有类似液体的特性，它的厚度可能会影响冰的紧密程度。”“但这个区域很难通过实验来分析。”
因此，他与UIC的同事Subramanian Sankaranarayanan和他在UIC/Argonne国家实验室的团队合作，使用分子动力学模拟来研究这一层，以及它如何随着不同杂质水平的变化而变化。他们发现，当不纯净的水结冰时，它会排出污染物，这些污染物沿着通道和冰粒边界流向冰基，在那里形成一层液体，赋予冰额外的光滑性。
该论文的第一作者、博士生Rukmava Chatterjee说:“这些见解可能会导致下一代防寒技术的设计，这种技术可以缓慢释放污染物，促进冰的快速脱落。”
令人惊讶的测试结果提出了另一个问题:如果低盐浓度使冰不太可能粘在表面上，为什么在北极气候下航行的船只在盐水中仍然难以形成冰?
实验表明，水的冻结速率可以影响杂质如何迁移到冰接触固体的区域。缓慢的冷冻过程会将污染物隔离到浓缩的口袋中，甚至完全排出，产生更纯净、更坚固的冰。更快的冻结保存了冰内的污染物及其在冰-固界面的积聚，从而导致较弱的附着力。
阿南德说:“我们的研究只是冰山一角，为研究不纯冰如何附着在多学科的广泛影响上开辟了新的研究途径。”
研究结果发表在《材料视野》杂志上。
