常見冰晶體形成主要是晶體的樹枝狀生長。
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冰晶的樹枝狀生長
最近，研究人員發現由近紅外輻射可以引起新的冰水結構形成。給予溶液中特殊的光照，可以在特定區域中形成動態孔和微通道迷宮。
一個系統中的組織可以自發排列從而形成某些有規率的圖案。最經典的理論是圖靈（Alan Turing計算科學之父）建立的反應 - 擴散模型（the reaction-diffusion model，RD model），該模型為系統可以自發地形成空間圖案提供了理論模式。
圖片來源：http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/HydrogenDiffusion3D
該模型模擬了氫在晶格中的擴散
圖靈定義了兩種物質，激活劑和抑制劑，它們相互反應並通過細胞或組織不同地擴散。比較經典的是胚胎發育中細胞的增殖分化，還有一些常見的例子比如在乾燥環境中的植被模式，動物的皮膚顏色等。
乾燥環境中的植被模式
圖片來源：Yizhaq, H.,Sela, S., Svoray, T., Assouline, S., & Bel, G. (2014). Effects ofheterogeneous soil‐water diffusivity on vegetation pattern formation. WaterResources Research, 50(7), 5743-5758.
生物皮膚上的圖案
圖片來源：Kondo, S., &Miura, T. (2010). Reaction-diffusion model as a framework for understandingbiological pattern formation. science, 329(5999),1616-1620.
這個研究基於全新的描述圖案形成的理論，發現了一種前所未有的冰水模式。在均勻的近紅外輻照下，溶液中的薄冰晶暴露於該輻射時，產生了新的模式，即孔和微通道的動態迷宮。
實驗者在-25℃下使用1540nm雷射照射10%蔗糖溶液中薄層冰晶。在該波長下，冰的吸收係數是水的吸收係數的三倍。冰的生成和熔化改變了溶液濃度，這影響了熔化溫度。當溶液受到照射時，孔會周期性地出現並消失。冰變薄，同時出現圓形邊界，一旦薄層破裂，冰迅速融化形成孔，孔保持關閉或重複打開和關閉循環。在較薄的冰通道中形成的孔，可以與相鄰的孔合併形成開放的溶液通道。
1540nm雷射照射在其他條件下可以形成不同圖案。
這種模式是由於冰和溶液的能量吸收不同而產生的。因此，如果冰和水的吸收相同，則不會形成圖案。研究者在蔗糖溶液中加入黑色墨水顆粒(吸收可見光和紅外波長的炭黑顆粒懸浮液）。在10％蔗糖中的0.4％油墨。油墨抑制了圖案形成，0.4%的油墨中冰晶只形成了幾個孔。
而使用更高濃度的油墨，即10％蔗糖中10％油墨進行的實驗，其中溶液吸收係數比冰的吸收係數高7倍，迷宮圖案又重新出現啦。
除了發現迷宮冰模形成之外，這項研究結果還可以運用到其他領域。
在食品工程中，可以將微量級的成分（例如溶質和膠體）嵌入冰中。在冷凍食品工業中，採用冰選擇性輻射可以避免在加熱期間重結晶（不受控制的冰晶）的形成。
另外生活中微波爐通常用於解凍食物，但由於水分子在冰中的位置固定，微波加熱冰的速度比水慢得多。在微波輻射區域，水的吸收係數比冰的吸收係數高1000倍，這導致液體部分過熱而冷凍部分無法繼續解凍。目前是利用微波爐中的除霜作用解決上述問題，即微波功率開啟和關閉以允許熱擴散。
在低溫保存中，一個關鍵問題是從升溫過程中的冰再結晶。細胞膜因為冰晶的生長而機械損傷，或者由於細胞外冰引起的滲透壓，導致細胞脫水。
冰選擇性近紅外輻照都可以為以上兩種情況提供受控和改進的解凍過程。
當然，加熱能量不限於紅外也可以用雷射照明或白熾燈泡，例如滷素照明。
參考文獻：
Preis, S. G., Chayet, H.,Katz, A., Yashunsky, V., Kaner, A., Ullman, S., & Braslavsky, I. (2019).Labyrinth ice pattern formation induced by near-infrared irradiation. Science Advances, 5(3), eaav1598.
P. K. Maini, K. J. Painter, H. Nguyen Phong Chau, Spatial pattern formation in chemical and biological systems. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 93, 3601–3610 (1997).
A. M. Turing, The chemical basis of morphogenesis. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci.237, 37–72 (1952).
S. Kondo, T. Miura, Reaction-diffusion model as a framework for understanding biological pattern formation. Science 329, 1616–1620 (2010).
如此酷炫的冰水迷宮，大家覺得還會有什麼酷炫的運用呢？
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