超弹性、冷冻的超细纤维可以让我们更多地了解冰改变相时会发生什么。有一天，它们甚至可能用于地球上最寒冷的地方——甚至更远的地方。

显微镜下，冰超细纤维在 –94 华氏度时会弯曲和展开。（Peizhen Xu、Bowen Cui、 Xin Guo、Limin Tong/浙江大学）

当谈到微纤维这个话题时，研究人员不再需要“破冰”。由于纳米材料的新发现，他们现在可以弯曲它。

中国浙江大学的光学科学家、今年夏天发表在《科学》杂志上的一项研究的作者之一郭欣说：“我们的团队已经研究二氧化硅微纤维 20 年了。” 现在，她的团队已经成为第一个用柔性冰生长超细纤维的人，这些冰可以向后弯曲——不会破裂。

众所周知，冰是一种易碎物质，主要是由于其晶体结构的缺陷。但是科学家们仍然没有完全理解当冰变成水时在分子水平上发生了什么，反之亦然。新的超弹性冰微纤维的光学特性可以揭示新的见解。

郭说，研究人员通过在一个特殊的腔室中将钨针（它缩小到单个原子的厚度，是有史以来制造的最锋利的物体）冷却到大约华氏 60 度来制造超细纤维。这比之前任何其他此类性质的实验都要冷。然后该团队使用电场将水蒸气吸入针尖。随着蒸汽在那里冻结，它形成了直径约 5 微米、长度约 1 毫米的超细纤维。

“它非常薄而且非常短，”浙江大学的光学科学家、该研究的合著者佟丽敏说。郭补充说，这种纤维是由单晶冰形成的。“我们制造了 [a] 具有均匀结构的高质量冰超细纤维，”她说。

研究人员随后将温度进一步降低到 –94 华氏度到 –238 华氏度之间。当他们试图弯曲它时，他们发现他们的实验奏效了。由此产生的纤维可以弯曲到 10.9% 的最大应变——比普通冰多得多，并且接近冰的 15% 理论最大弹性，尽管没有人达到过接近这一水平。它也会反弹回原来的形式。

“这就像一些魔法，”Tong 谈到最初尝试弯曲材料时说。“通常我们没有完美的冰晶。现在我们有了一种特性非常均匀的超细纤维。”

虽然本身“很酷”，但可弯曲的冰也很有用。研究人员通过非常清晰的冰微纤维发送光，并发现它与通常用于通过光传输信息的二氧化硅纤维一样有效。郭和童认为，这些纤维也可能用于检测病毒或其他微生物。通过在微纤维上放置微小的有机体并引导光线穿过它们，我们可以更多地了解可能存在的微生物的浓度、密度或类型。

未来，该团队还将致力于构建与弯曲冰兼容的传感器。当然，这种纤维会在大约 14 华氏度的温度下熔化——这意味着它在许多情况下可能没有用。“这是实验室中经常使用的温度，”Tong 说，“在某些种类的冰淇淋中也是如此。” 但是由于固有的低温，极地地区或太空中的研究人员可以利用它们。

也许最重要的是，通过这些冷冻纤维照射的光可以帮助研究人员研究冰改变相时会发生什么。因为只需弯曲超细纤维就可以引起相变，所以这样做可以揭示更多关于冰晶如何形成、它们为什么以这种方式形成以及涉及哪些分子的信息。

目前，下一步是确定是否可以制造更长的冰微纤维。“作为科学家，我们还有很多谜团，我们仍然不知道，”Tong 说。