在宏观和微观聚丙烯表面上，接触线冰核形成是水冻结的主要机制

《Langmuir》：Contact Line Ice Nucleation Is the Dominant Freezing Mechanism for Water on Macro- and Microscopic Polypropylene Surfaces

冰核形成机制研究：聚丙烯表面接触线主导冰晶生长，高速成像揭示微纤维接触线冰核效率提升3.5倍，接触角变化6.6°显示接触线锚定效应，为疏水材料结冰温度预测提供新视角。

　　

疏水表面上的冰核形成会导致飞机和风力涡轮机结冰，以及冷冻保存过程中水的冻结，还会在微塑料和纳米塑料上形成大气冰层。然而，如果不了解冻结过程是在塑料-水界面还是塑料-水-空气接触线处开始，就很难预测这类疏水材料（如塑料）的冻结机制和温度。在这项研究中，我们观察了水滴在宏观和微观聚丙烯塑料上的冻结过程，以确定其冰核形成的起始位置。首先，我们使用高速摄像机（帧率≥2100帧/秒）测量了冻结的起始位置，以区分冻结是在塑料-水界面还是塑料-水-空气接触线处发生的。对于10微升体积的水滴，在平坦的聚丙烯片材上，冻结主要发生在接触线处，90%的实验中都观察到了接触线处的冰核形成。其次，我们研究了水滴在冷却过程中的接触角变化。有趣的是，在氮气（N?）流动条件下，接触角下降了多达6.6°，这表明接触线处于一种“固定”状态。这种固定的接触线以及接触线处的负压可能对冻结机制起到了作用。第三，我们分析了与1微升和5纳升体积水滴接触的聚丙烯纤维，发现接触线处的冰核形成占主导地位。例如，5纳升体积的水滴在聚丙烯微纤维上的冻结频率是其在纤维-水界面处的3.5倍。总体而言，我们的实验结果表明，聚丙烯片材和纤维更倾向于在三相接触线处开始冻结。因此，了解控制接触线的热力学原理可能有助于预测塑料材料及其他疏水表面的冻结温度。