过冷

过冷，也称为过冷，是将液体或气体的温度降低到其熔点以下而不变成固体的过程。 它在没有可以形成晶体结构的晶种或晶核的情况下实现这一点。 除了化学脱盐外，无需任何特殊技术即可将水过冷至-48.3°C（-55°F）。 层云和积云中经常存在过冷水滴。 飞过这样的云层的飞机会看到这些液滴突然结晶，这可能导致飞机机翼上结冰或堵塞其仪器和探测器。

动物利用过冷在极端温度下生存。 有许多机制有助于维持液态，例如抗冻蛋白的产生，它与冰晶结合以防止水分子结合和传播冰的生长。 冬季比目鱼就是这样一种鱼，它利用这些蛋白质在寒冷的环境中生存。 在植物中，木质素、木栓质和角质层等细胞屏障会抑制冰核并迫使水进入过冷组织。

过冷的一项商业应用是制冷。 冰柜可以将饮料冷却到过冷的水平，这样当它们被打开时，它们就会形成冰浆。 过冷在麻省总医院/哈佛医学院也成功应用于器官保存。 后来移植到受体动物体内的肝脏通过过冷保存长达 96 小时（4 天），是传统肝脏保存方法所能达到的极限的四倍。

超过其标准凝固点的液体将在晶种或晶核存在的情况下结晶，围绕晶种或晶核可以形成晶体结构，从而形成固体。 没有任何这样的核，液相可以一直保持到晶体均匀成核发生的温度。

均相成核可在高于玻璃化转变温度时发生，但如果在该温度以上未发生均相成核，则会形成无定形（非结晶）固体。

水通常在 273.15 K（0 °C 或 32 °F）时冻结，但它可以在标准压力下过冷至几乎 224.8 K（−48.3 °C/−55 °F）的晶体均匀成核。 过冷过程要求水纯净且不含成核位点，这可以通过反渗透或化学脱矿等过程实现，但冷却本身不需要任何专门技术。 如果水以大约 106 K/s 的速度冷却，则可以避免晶体成核，水变成玻璃，即无定形（非结晶）固体。 它的玻璃化转变温度要低得多，也更难确定，但研究估计它约为 136 K (−137 °C/−215 °F)。玻璃水可以加热到大约 150 K (−123 °C/−189.4 °F) 而不会发生成核。在 231 K (−42 °C/−43.6 °F) 和 150 K (−123 °C/−189.4 °F) 之间的温度范围内，实验仅发现结晶冰。

层云和积云中经常存在过冷水滴。 飞过这样的云层的飞机会看到这些液滴突然结晶，这可能导致飞机机翼上结冰或堵塞其仪器和探测器，除非飞机配备了适当的除冰系统 . 冻雨也是由过冷的水滴引起的。

与过冷相反的过程，即固体在冰点以上的熔化，要困难得多，而且对于给定的压力，固体几乎总是在相同的温度下熔化。 因此，通常使用熔点仪确定熔点； 即使论文的主题是冰点测定，实际的方法学原则是观察冰的消失而不是冰的形成。 在给定的压力下，可以将液体过热到高于其沸点而不变成气态。

过冷不应与冰点降低相混淆。 过冷是液体冷却到冰点以下而不变成固体。 凝固点降低是指由于溶质的存在，溶液可以冷却到相应纯液体的凝固点以下； 这方面的一个例子是将盐添加到纯水中时发生的冰点降低。

凝固过程中发生的结构过冷是由于固体成分的变化，导致液体在固液界面之前冷却到冰点以下。 液体凝固时，界面往往不稳定，固液界面的速度必须很小，以避免发生结构过冷。