Na nanoescala, a água congela de várias maneiras, e nem todos eles são completamente compreendidos. Entre outros benefícios, obter um melhor controle sobre esses processos pode significar grandes melhorias na previsão do tempo.

Para esse fim, o laboratório de Amir Haji-Akbari, professor assistente de engenharia química e ambiental, concentrou-se em um processo particularmente rápido conhecido como congelamento de contato, em que um super-resfriado (abaixo de zero, mas descongelada) gota de líquido na atmosfera colide com uma partícula nucleante, isto é, partícula que facilita o congelamento de um líquido que entre em contato com ela. O congelamento acontece muito mais rápido do que o processo de congelamento por imersão - uma ocorrência mais comum em que uma partícula nucleante já está dentro de uma gota de líquido quando a temperatura diminui.

Os resultados foram publicados recentemente no Jornal da American Chemical Society .

Exatamente por que o congelamento de contato acontece e tão rapidamente tem sido uma questão de longa data entre os cientistas. Em um ponto, os cientistas acreditavam que o congelamento era induzido por efeitos transitórios causados ​​pela colisão. Uma teoria posterior postulou que o congelamento foi acelerado pelo que é conhecido como linha de contato. É quando uma partícula é exposta a três fases da matéria - vapor líquido e uma partícula sólida. Experimentos, no entanto, mostrou que nenhuma dessas era a resposta.

Estudos mais recentes sugeriram que o congelamento acontece simplesmente quando as superfícies de duas partículas estão muito próximas uma da outra. Haji-Akbari testou isso com uma técnica que ele desenvolveu recentemente chamada amostragem jumpy forward-flow, que representa com precisão o progresso de um sistema - como a formação de gelo ou neve - mesmo que os padrões possam mudar significativamente em um curto período de tempo. Ao fazê-lo, sua equipe de pesquisadores demonstrou que a proximidade das superfícies é suficiente para induzir o congelamento, mas apenas em certas circunstâncias. Especificamente, isso acontece apenas quando há um líquido com tendência a congelar a superfície.

“O que mostramos é que para que essa nucleação mais rápida aconteça, o congelamento próximo à interface vapor-líquido também deve ser mais rápido, mesmo se não houver nenhuma partícula dentro desta gota, "disse ele. Na verdade, eles mostraram que essa nucleação acontece ainda mais rápido em filmes ultrafinos do líquido de congelamento da superfície.

Haji-Akbari disse que as abordagens teóricas que eles usaram para este estudo podem ser aplicadas para entender outros processos de congelamento, levando a informações que poderiam resultar em melhores previsões do tempo e fornecer informações valiosas para cientistas de materiais.

"Vários componentes desses eventos de congelamento não são bem compreendidos, incluindo congelamento de contato, "disse ele." Portanto, o próximo passo em nosso trabalho é ser capaz de construir modelos melhores, o que poderia resultar em previsões mais precisas ou confiáveis. "