冰窗花是怎么形成的？ 第1页

大家应该在中学学过“碘的升华”这个现象，就是固体不经过液体的阶段，直接变成气体。

实际上水也有类似的过程，甚至在零度以下低温下水升华比接近零度的 水蒸发还要快，所谓的“冻干食品”就是这样制作的，可以得到颜色鲜艳，营养保留完好的脱水食品。

而大部分物理现象都是可逆的，冻干的反过程就是冷凝结晶。它可以造就雪花，结霜，窗花等等现象。

窗花的结晶样式和雪花有所不同，这是因为窗花是在有温差的固体表面，而不是空气中结晶的。在空气中水分达到当前温度的饱和湿度时（可通过增加绝对湿度或者降温达到），就会开始结晶。

1 水和玻璃亲和，接触后能量下降，因此晶体优先贴着玻璃生长。窗花大多有长针状的单个晶体，这是因为玻璃窗上有温度不均匀，晶体优先沿着热差的方向生长，热差越大生长越快，晶针越细长。图片左下角可以看到有一片区域针状没有那么明显，说明这一片温度比较均匀。

热差的原因估计是漏风，空气流通，或者边框导热造成的

2 可以看到玻璃窗上面的枝晶密度比雪花密集的多。这是因为枝晶生长需要生长点，它可以是晶体缺陷，可以是杂质，玻璃窗上杂质当然比空气中多得多。

3 可以看到枝晶生长和原来的晶体大致平行但是有小的倾斜角。大致平行是因为热差方向一致，自然晶体生长方向也大致一样。

小的倾斜角有两个可能原因3.1：堆积效应，方向和原来完全一致的会被阻挡而无法生长，最小堆积夹角由枝晶的分布密度也就是窗户表面杂质密度决定，因而近似为定值。如果枝晶生长到一定程度就停止，枝晶侧面连续的均匀换向会得到一个弯曲羽毛的形状。

3.2 固体表面的枝晶初始生长，和原始晶体方向，由于表面张力在固体表面本身会有一个热力学决定的扭曲，会形成一个弧度的形状。有篇论文讲过这个但是我已经忘记了，总之控制晶体生长在纳米尺度的枝晶，可以看到冰晶是有大量半边圆孔蜂窝的结构的。