弗吉尼亞理工大學副教授Jonathan Boreyko和研究生Mojtaba Edalatpour發現了一個關於水的特性，它可以為兩個多世紀前的一個現象提供一個令人興奮的補充。這一發現也為僅使用水的基本特性的工業應用中的冷卻設備和過程提供了有趣的可能性。他們的工作於1月21日發表在《 Physical Review Fluids》雜誌上。

水以固態、液態和氣態三種狀態存在。當對冰加熱時，它就變成了液體。當對液態水加熱時，它就會變成蒸汽。當熱源足夠熱時，水的行為發生了巨大的變化。根據Boreyko的說法，沉積在鋁板上的水滴被加熱到150攝氏度或以上，將不再沸騰。相反，當水滴接近表面時形成的蒸汽將被困在水滴下面，形成一個緩衝，防止液體與表面直接接觸。被困的蒸汽使液體懸浮起來，像空氣曲棍球一樣在加熱的表面上滑動。這種現像被稱為“萊頓弗羅斯特現象”（Leidenfrost Phenomenon），以在1751年的出版物中首次描述它的德國醫生和神學家命名。

這一普遍接受的科學原理適用於作為液體的水，漂浮在蒸汽床上。Boreyko的團隊發現他們在想。冰能以同樣的方式進行嗎？

Boreyko說：“有這麼多關於懸浮液體的論文，我們想問關於懸浮冰的問題。這開始是一個令人好奇的項目。推動我們研究的是這樣一個問題：是否有可能出現固態、液態和氣態的三相萊頓弗羅斯特效應。”

大約五年前，好奇心引發了Boreyko實驗室的第一次調查，其形式是當時的本科生Daniel Cusumano的一個研究項目。他觀察到的情況很吸引人。即使當鋁被加熱到150攝氏度以上時，冰也沒有像液體那樣懸浮在水汽中。Cusumano諾繼續提高溫度，隨著熱量的增加觀察冰的行為。他發現懸浮的閾值明顯更高：550攝氏度，而不是150攝氏度。直到這個閾值，冰下的融水繼續與表面直接接觸而沸騰，而不是表現出萊頓弗羅斯特效應。

在冰下發生了什麼，延長了沸騰的時間？不久之後，研究生Mojtaba Edalatpour重新接手了這個項目，以解開這個謎團。Edalatpour一直與Boreyko合作，開發新的熱傳導方法，並將這些知識用於解決這個問題。答案是冰層下的融水層的溫度差。融水層有兩個不同的極端。它的底部是沸騰的，這使溫度固定在大約100攝氏度，但它的頂部是粘附在剩餘的冰上的，這使它固定在大約0攝氏度。

Boreyko闡述說：“冰在水層上獨特創造的溫差已經改變了水本身發生的情況，因為現在來自熱板的大部分熱量必須穿過水面來維持這種極端的溫差。所以只有極小部分的能量可以用來產生水汽了。”

“浮起冰塊比浮起水滴要難得多，”Boreyko說。“一旦懸浮開始，傳熱就會急劇下降，因為當液體懸浮時，它不再沸騰了。它漂浮在表面而不是接觸，而接觸是導致它沸騰的原因。因此，對於熱傳遞，懸浮是可怕的。煮沸是不可思議的。”

當該團隊探索實際應用的可能性時，他們參考了現有的工作。由於Edalatpour在熱傳導方面有廣泛的研究，這個主題成為一個合乎邏輯的選擇。

熱傳遞在冷卻計算機服務器或汽車發動機等方面發揮了最大作用。它需要一種能夠將能量從熱表面移開的物質或機制，迅速重新分配熱量，以減少金屬部件的磨損。在核電站中，應用冰來誘導快速冷卻可以成為在電力故障時容易部署的應急措施，或成為維修電站部件的常規做法。

在冶金學方面也有潛在的應用。為了生產合金，有必要在一個狹窄的時間窗口內對已經成型的金屬進行淬火，使金屬變得更堅固。如果應用冰，它將允許熱量通過三個水相快速傳遞，迅速冷卻金屬。

Boreyko還預見到了在消防方面的應用潛力。他說：“你可以想像有一個特製的軟管，噴灑冰片，而不是噴水。這不是科幻小說。我訪問了一家擁有結冰隧道的航空航天公司，他們已經擁有這種技術，噴嘴噴出的是冰粒，而不是水滴。”

有了無數的可能性，Boreyko和Edalatpour對科學界出現的新貢獻感到興奮。回顧過去的五年，他們仍然將這一激動人心的發展歸功於他們共同的好奇心火花和研究中的創新動力。