物理学家已经知道如何使水悬浮超过 260 年了。他们刚刚弄清楚如何使冰也悬浮起来。
通过将一个众所周知的物理现象称为莱顿弗罗斯特效应推向极端，弗吉尼亚理工大学的一组研究人员使冷冻冰盘悬浮在热铝表面之上。他们说，在实验室之外，工程师可以利用这种效应来制造更强的金属，甚至对抗野火。研究结果发表在《物理评论流体》杂志上。
莱顿弗罗斯特效应以德国医生约翰·戈特洛布·莱顿弗罗斯特的名字命名，他于 1756 年描述了这一现象。他注意到，当他将一滴水放在非常热的表面上时，液体并没有像他预期的那样立即蒸发，而是在最终蒸发成蒸汽之前像一只旋转的甲虫一样四处滑动。经过调查，莱顿弗罗斯特发现，在水下方形成了一个微小的蒸汽垫层——大约一毫米厚。这个气穴起到了绝缘作用，使每个水滴悬浮起来并保持液体状态更长时间。
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弗吉尼亚理工大学的研究人员想看看他们是否可以用冰达到相同的效果。“这只是从一种好奇的实验开始的，”弗吉尼亚理工大学的机械工程师、该研究的资深作者乔纳森·博雷科说。
令该小组惊讶的是，冰并没有在 150 摄氏度（约 300 华氏度）下悬浮，这个热板温度会导致水悬浮。当科学家将金属板的温度提高到 300 摄氏度（大多数莱顿弗罗斯特实验的上限）时，它也没有悬浮。“这些作者更进一步，”墨西哥普埃布拉功勋自治大学的物理学家费利佩·帕切科-巴斯克斯说，他没有参与这项研究。
最终，研究人员将温度提高到了 550 摄氏度（1022 华氏度）的极高温度。只有在那时，冰才开始悬浮在板上方。“我们不能让它更热了，因为它会开始融化或使铝变形，”博雷科说。
使水和冰悬浮所需的温度之间 400 摄氏度的差异令人困惑，尤其因为它比水的冰点（0 摄氏度）和沸点（100 摄氏度）之间的差距大四倍。当该团队仔细观察时，他们发现一层融水将冰盘与超热板分开。在水下方是一个经典的莱顿弗罗斯特蒸汽囊，导致水的所有三个相像漂浮的帕尔菲一样堆叠在一起。研究人员推测，融水充当了热量的缓冲剂，在下方沸腾的温度和上方寒冷的冰之间，它消耗了近 70% 的热量。因此，需要更大的能量来触发大规模产生蒸汽的那种沸腾，弗吉尼亚理工大学的研究生研究员和该研究的主要作者 Mojtaba Edalatpour 说。
“显然，这对工程应用有影响，”帕切科-巴斯克斯说。水通常用于冶金中，以淬火热铁和钢，通过快速将金属原子锁定到坚硬的晶格中来使其更坚固。理论上，用冰淬火会更快地冷却金属，使这种原子晶格更加耐用——尽管这种效果需要非常精确的温度控制，以防止内部应力引起的破裂。
博雷科和埃达拉普尔认为，这种效应甚至可能在灭火中发挥作用。野火（如最近摧毁科罗拉多州博尔德的马歇尔火灾）通常在 550 摄氏度或更高的温度下肆虐，这会使水在接触时蒸发。但是，如果消防员从直升机上投掷冰而不是水，那么将冰转化为蒸汽所需的能量可能会从火焰中吸收更多的热量。野火不可预测的表面纹理和温度可能会限制其有效性，而保持冰足够长时间冷冻以使其掉落的物理困难也会限制其有效性。但是，如果这些障碍可以克服，那么这种方法就具有灭火的前景。
“这非常酷，”埃达拉普尔说，“字面意义上来说。”