物理學家已經知道如何使水懸浮超過 260 年了。他們剛剛弄清楚如何使冰也懸浮起來。
透過將一個眾所周知的物理現象稱為萊頓弗羅斯特效應推向極端，弗吉尼亞理工大學的一組研究人員使冷凍冰盤懸浮在熱鋁表面之上。他們說，在實驗室之外，工程師可以利用這種效應來製造更強的金屬，甚至對抗野火。研究結果發表在《物理評論流體》雜誌上。
萊頓弗羅斯特效應以德國醫生約翰·戈特洛布·萊頓弗羅斯特的名字命名，他於 1756 年描述了這一現象。他注意到，當他將一滴水放在非常熱的表面上時，液體並沒有像他預期的那樣立即蒸發，而是在最終蒸發成蒸汽之前像一隻旋轉的甲蟲一樣四處滑動。經過調查，萊頓弗羅斯特發現，在水下方形成了一個微小的蒸汽墊層——大約一毫米厚。這個氣穴起到了絕緣作用，使每個水滴懸浮起來並保持液體狀態更長時間。
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弗吉尼亞理工大學的研究人員想看看他們是否可以用冰達到相同的效果。“這只是從一種好奇的實驗開始的，”弗吉尼亞理工大學的機械工程師、該研究的資深作者喬納森·博雷科說。
令該小組驚訝的是，冰並沒有在 150 攝氏度（約 300 華氏度）下懸浮，這個熱板溫度會導致水懸浮。當科學家將金屬板的溫度提高到 300 攝氏度（大多數萊頓弗羅斯特實驗的上限）時，它也沒有懸浮。“這些作者更進一步，”墨西哥普埃布拉功勳自治大學的物理學家費利佩·帕切科-巴斯克斯說，他沒有參與這項研究。
最終，研究人員將溫度提高到了 550 攝氏度（1022 華氏度）的極高溫度。只有在那時，冰才開始懸浮在板上方。“我們不能讓它更熱了，因為它會開始融化或使鋁變形，”博雷科說。
使水和冰懸浮所需的溫度之間 400 攝氏度的差異令人困惑，尤其因為它比水的冰點（0 攝氏度）和沸點（100 攝氏度）之間的差距大四倍。當該團隊仔細觀察時，他們發現一層融水將冰盤與超熱板分開。在水下方是一個經典的萊頓弗羅斯特蒸汽囊，導致水的所有三個相像漂浮的帕爾菲一樣堆疊在一起。研究人員推測，融水充當了熱量的緩衝劑，在下方沸騰的溫度和上方寒冷的冰之間，它消耗了近 70% 的熱量。因此，需要更大的能量來觸發大規模產生蒸汽的那種沸騰，弗吉尼亞理工大學的研究生研究員和該研究的主要作者 Mojtaba Edalatpour 說。
“顯然，這對工程應用有影響，”帕切科-巴斯克斯說。水通常用於冶金中，以淬火熱鐵和鋼，透過快速將金屬原子鎖定到堅硬的晶格中來使其更堅固。理論上，用冰淬火會更快地冷卻金屬，使這種原子晶格更加耐用——儘管這種效果需要非常精確的溫度控制，以防止內部應力引起的破裂。
博雷科和埃達拉普爾認為，這種效應甚至可能在滅火中發揮作用。野火（如最近摧毀科羅拉多州博爾德的馬歇爾火災）通常在 550 攝氏度或更高的溫度下肆虐，這會使水在接觸時蒸發。但是，如果消防員從直升機上投擲冰而不是水，那麼將冰轉化為蒸汽所需的能量可能會從火焰中吸收更多的熱量。野火不可預測的表面紋理和溫度可能會限制其有效性，而保持冰足夠長時間冷凍以使其掉落的物理困難也會限制其有效性。但是，如果這些障礙可以克服，那麼這種方法就具有滅火的前景。
“這非常酷，”埃達拉普爾說，“字面意義上來說。”