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实验室在液滴玻璃化冷冻科研领域取得重要发现

作者：访问量：607时间:2021-03-27

液滴在液氮中的超高速玻璃化冷冻，是低温冷冻保存领域最常用的技术之一，并被视为近年来最有前景实现无保护剂冷冻的低温冷冻方法之一。在液滴超高速玻璃化冷冻中，由于液滴在接触液氮时会被大量的液氮蒸汽所围绕，该过程一直被认为是均匀对称地对液滴进行冷冻。

近日，卢天健教授团队史萌博士、徐峰教授、卢天健教授及合作者，通过严谨的实验和严格的理论分析，在国际上首次发现和证明了：液滴在液氮中的玻璃化冷冻过程是不均匀、不对称的。这是因为，在液滴接触液氮时，由于二者巨大的温差，液滴会对液氮加热，使得液氮气化形成气膜，引发低温莱登福莱斯特现象。即使液滴的密度大于液氮，液滴与液氮之间气膜内的产生压力足够将液滴托起，使其漂浮在液氮表面上。由于液滴的漂浮，使得液滴的上下表面处在完全不同的冷冻环境中，进而造成液滴上、下部分的冷冻速率产生巨大差异，发生不对称冷冻现象，并在液滴内上、下部分产生不对称的结晶，最终形成一半透明一半浑浊的不对称玻璃化的“水晶”颗粒，也通过冷冻电镜（cryo-TEM）观察微观晶格差异验证了结果的正确性。

上述发现在国际上首次揭示了液滴在液氮中玻璃化冷冻是不对称的，改变了领域内对此低温冷冻技术的认识，对低温冷冻保存有重要意义。与此同时，该现象并不局限于液滴在液氮中的冷冻，而是据此提出新的不对称材料制备策略，例如可以推广到金属液滴在水中的冷却，用来制备不对称晶体的金属颗粒。因此，该研究也提供了一种全新的利用莱登福莱斯特现象制备不对称颗粒的方法，对于光电子和光催化等材料领域快速制备不对称晶体颗粒具有巨大潜力。

该研究成果以“由低温莱登福莱斯特现象引发的液滴不对称玻璃化现象（Janus Vitrification of Droplet via Cold Leidenfrost Phenomenon）”为题，于3月11日在国际知名期刊《Small》上在线发表，并被选为首页内封面文章。卢天健教授课题组史萌博士（现为阿卜杜拉国王科技大学博士后研究员）为论文第一作者，西安交通大学徐峰教授及南京航天航空大学卢天健教授为论文共同通讯作者。

本研究得到了国家自然科学基金项目，机械结构力学及控制国家重点实验室开放基金，以及国家留学基金委公派留学基金的支持。

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