晶体生长家用指南

地球实用宝典 科普

如何冻出大冰块！

我为了喝咖啡的时候冰块融化得慢一点，处心积虑冻了块巨大干净的冰，请看图！

给大家简单介绍一下是怎么做的！

以下提到的科学内容没有完全经过查证，主要出于我的常识和记忆，可能有错漏，请您不吝赐教。

冻冰块，就是把水降温到 0 摄氏度以下，引发这个相变，就从水变成冰了。我们平常使用的冰格，比如说长这样（淘宝图）：

冻出来的冰块都不是完全透明的，中间会有一团雾蒙蒙的白色，这些就是溶解在水里的小气泡。是的，水里是会溶解气体的，不然鱼怎么活？但是冰块里有气泡，会让这块冰很容易裂开，小气泡又增加了冰和水接触的表面积，会让冰融化得更快，你的饮料就会被大大稀释，这样不好！

为什么气泡冻在中间出不来了呢？

因为在冰箱里，这个方块冰格最冷的地方是上面的角落和下面的角落，那么结晶就会从这几个点同时发生，然后冰块晶体从这几个点同时往中心长大，气体就无处可逃，被封印在最后被冻结实的地方。

晶体在结构上的定义是长程有序，也就是说组成晶体的原子都保持一种空间上的秩序，一个隔一个隔一个隔一个，这样的周期性可以永永远远地保持下去，就像铺地砖铺满全世界。那么只要知道了最小的这一块地砖的花纹和尺寸，我们就应该能推算出地球另一头的人站在了地砖的哪个角落上。这个最小的单位我们叫做晶胞。

冰就是一种晶体，冰的晶体结构长这样（维基百科图）：

严格来说冰有好几种晶体结构，但是别的都要加高压，所以家里冻的都是这种。不难看出，冰块的周期性重复单位是一个六边形。水冻成冰块的过程，实际上就是这个铺地砖的过程，水分子一个挨一个把自己排进这个六边形，排到没地方了，就成了一整块冰！

那么我们想要冻一块没有杂质、很少缺陷、很大块的冰，就希望只从一个点开始结晶，然后只按照这个方向铺地砖，因为如果有好几个点同时开始铺，而这几个点的晶体生长方向不一样的话，最后这个缝就抹不平。这个开始结晶的地方叫做成核位点（nucleation site），通常都是在不均匀的地方，比如说水和容器接触的位置，或者是一缸很干净的水里的一粒灰尘。而这个缝，叫做晶界（grain boundary），指的就是有好几块同一种晶体，它们的生长方向不一样，这几个晶体接触的边界。晶界在很多时候是我们不想要的，因为在这条排列不规则的缝儿上，导热、导电之类的晶体性质都会和整块晶体不一样，很有可能这块东西就是从这里坏掉！没错，冰块也会从这里先化！

说好只是简单教一下怎么冻冰块的呢，怎么还要上课啊？

马上就实操！

好，上面的出的结论就是我们想要水只从一个方向结冰，那只要让这个冰格只有一面是冷的就好啦！

——最简单的道具就是保温杯。

往保温杯里倒上水，不要盖盖子，直接放进冷冻柜，就只有敞口的这一面是冷的，冰块只会从上往下长。长到最后气泡还是无处可去，就会聚集在最底端。没关系，把这段不喜欢的砍了，剩下的都是美丽冰块！这不是保温杯的问题，因为保温杯最大的问题是抠不出来！大部分保温杯口都会比杯身收紧一圈因为要拧上盖子，所以冻上冰块之后冰就比杯口大一圈，根本倒不出来！

所以保温箱是更合适的道具。买生鲜的泡沫保温箱就可以，如果不想用它直接接触饮用水的话，拿一个杯子装水放进去也可以。需要注意的是冰的密度比水小，一杯水冻成冰的体积会比原来大，可能会把杯子撑坏，可以用耐高温低温的玻璃杯子，或者比较不环保地用一次性杯子。

我用的是这样的野餐保温箱（不是这个，这个是淘宝图）：

买最小号的将将能塞进家里冰箱。然后把盖子拆了再装水，因为我们还是想要有一面可以接触冰箱里的冷空气的，不然一夜过去了还是一桶水！

也有卖专门的 clear ice maker 的，但这不就是泡沫保温箱上面盖了个冰格嘛？没必要专门花这个钱！

（淘宝图）

最后，成功冻出好大一块冰，然后怎么处理呢？

如果你能控制时间，让这个保温冰格不完全冻结实，最后还剩一些水，那会比较好办。用小刀沿着容器周围划一圈，会有空气破到冰层以下，然后倒着敲一敲就敲出来了。如果冻结实了，那就只好等会儿，等它开始融化，有一些水了，就又能用刚刚的办法了。

当你有超大一块冰，杯子里塞不下怎么办呢？可以分割成小块儿。首先用刀在表面来回划拉，不要往下切，只是在表面施加一点压力，受压的地方会先化，就能划拉出一条沟。然后把刀卡在这条沟里，一手固定住，另一只手拿一个重物往下敲一下，咔，就能劈开了。工作中经常接触晶圆的朋友（有吗？）都知道，单晶会沿着有裂缝的方向整齐地断开。所以如果你冻出了一块单晶大冰块，它应该就能从这个划拉的方向整齐地裂成两块砖。如果裂口是锯齿形的，那很有可能是多晶，或者是有其他晶体缺陷。没关系，没气泡而且很透明，说明缺陷并不多！

第一张图那块冰就是这块大冰块割开的一部分：

分成小块之后就可以像速冻水饺一样用保鲜袋装起来再冻回冰箱里啦！

本期地球实用宝典就到这里，祝您吃好喝好！

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