科学家发现，若将水限制在奈米大小的空间下，就可在室温下把水变成冰。（George Frey/Getty Images）
荷兰莱顿大学(Leiden University)物理学家发现，若将水限制在奈米大小的空间下，就可在室温下把水变成冰。当然这并不是物理学家们第一次创造出室温下的冰，但荷兰物理学家贾奈许(K.B. Jinesh)和弗兰肯(Joost Frenken)希望他们的实验结果能为结束奈米尺度下水结成冰的争论带来一线曙光。
相较于其他液体，水非常特殊。当在极限下，如二表面之间距离小于水分子直径的10倍(相当于1奈米)，则多数液体分子变得高度稳定，形成类似固体结构。但对于水，不少理论反对在极限下水分子会呈现凝态的说法。举例来说，液体水在结冰时，其体积增大，这意味着当限制冰的体积变化为极小时，则很难将水变成冰。有些物理学家认为根据水的特性，在体积受限下水仍保持液体，而有些物理学家则认为水仍会凝固，每个水分子会以氢键结合。
“有些模拟与实验显示，在0.1奈米的极小体积下，水仍然保持液态和本体黏度。”贾奈许说：“然而仍有其它实验显示水在极限下黏度改变了，但在文献上很难解释这种实验现象。”
美国《物理评论快报》(Physical Review Letters)最近刊载了贾奈许和弗兰肯的在室温下将水转为冰的实验证明。他们利用高摩擦的钨探针显微镜扫瞄石墨表面，观察到水在石墨其间快速的经由毛细作用凝结成冰。最近有关于冰在局限下的结构，已经有团队在2006年提出证明，但还有更多的固态资讯隐藏在冰的结构中。
“我们的实验结果无疑显示出，在极小体积下，水能在室温下结晶。”贾奈许表示：“水的体积性质（bulk property）是否受到局限影响的争论似乎可因此前进一大步。”
物理学家也以摩擦杠杆(Tribolever)调查了扫瞄速度和相对湿度对钨探针的影响。在低扫瞄速度和适当的湿度下，钨探针呈现停走的停滞－滑动运动(stick-slip motion)，物理学家解释，由于在探针和石墨上的冰碎裂和再凝固，因此有此现象产生。
在体积局限下形成的冰与一般的冰相同，大多数情况，水凝结成六角型的结晶，就是自然界里最常见的冰结晶。
物理学家也观察到冰的其它特征。他们发现当湿度更高时，冰只出现在较低的扫瞄速度下。这可能是因为高湿度时水的薄膜较厚，水分子需要更多时间排序，被局限在针尖也需更长时间。
研究同时也观察由于冰层引起的针尖和基体之间的静态摩擦。当针尖短暂停留时，冰就有更多的时间凝结，则停滞－滑动运动(stick-slip)的停滞时间就越多。
“目前的阶段仍很难去发明应用，”贾奈许表示：“可预见的困难主要在微机电系统(MEMS)技术和奈米机电系统(NEMS)上，当接触范围越小，冰层可能会马上导致设备故障。在另一方面，当需要时，技术上是可增加摩擦力的。但目前还未实现。
