阿姆斯特丹大學(xué)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)近日取得一項(xiàng)突破性成果：他們僅利用蒸發(fā)冷卻原理，在無需任何外部冷凍設(shè)備的情況下，成功3D打印出一棵高8厘米的微型冰制圣誕樹。這一技術(shù)完全擺脫了傳統(tǒng)制冷設(shè)備或低溫基底的依賴，僅通過一個噴嘴和一個真空腔體便完成了整個制作過程。

根據(jù)團(tuán)隊(duì)在物理學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上發(fā)布的論文，這項(xiàng)低成本技術(shù)的核心在于“蒸發(fā)冷卻”——一種利用物理相變自然降溫的古老原理。當(dāng)液體轉(zhuǎn)化為氣體時(shí)，會吸收并帶走大量熱量，這一過程在實(shí)驗(yàn)中得到了巧妙應(yīng)用。研究人員將水射入真空腔體后，由于氣壓極低，水分子加速蒸發(fā)，導(dǎo)致“較熱”的高能原子以蒸汽形式從腔體中逸出，剩余液體的溫度隨之急劇下降并瞬間凍結(jié)。打印機(jī)的運(yùn)動控制系統(tǒng)則引導(dǎo)水流逐層堆疊，最終在非冷凍環(huán)境下構(gòu)建出復(fù)雜的幾何冰結(jié)構(gòu)。

為了幫助公眾理解這一原理，科學(xué)家列舉了多個生活場景。例如，哺乳動物通過汗液蒸發(fā)調(diào)節(jié)體溫，熱咖啡冒出的蒸汽使其變涼，甚至葡萄酒杯壁上的“酒淚”現(xiàn)象也與蒸發(fā)冷卻有關(guān)。更有趣的是，這一原理還是燒烤愛好者熟悉的“烤肉停滯期”的罪魁禍?zhǔn)祝寒?dāng)大塊肉類內(nèi)部溫度達(dá)到約76℃時(shí)，排出的水分劇烈蒸發(fā)產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)會抵消烤爐的熱量，導(dǎo)致升溫停滯。燒烤師常用錫紙包裹肉塊來阻斷蒸發(fā)，從而突破這一瓶頸。

這項(xiàng)技術(shù)的誕生頗具戲劇性。研究團(tuán)隊(duì)最初的目標(biāo)并非打印冰塊，而是試圖通過在真空中噴水消除空氣阻力，以研究流體動力學(xué)。然而，他們意外發(fā)現(xiàn)噴出的水柱在真空中會自動形成精細(xì)的冰結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)打破了冰打印必須依賴低溫環(huán)境的限制，研究人員隨即調(diào)整方向，利用運(yùn)動控制系統(tǒng)引導(dǎo)水流，最終實(shí)現(xiàn)了“按需構(gòu)建幾何形狀”，將意外轉(zhuǎn)化為首個基于蒸發(fā)冷卻原理的3D打印技術(shù)。

該成果不僅為低溫制造領(lǐng)域提供了新思路，還展示了科學(xué)探索中偶然發(fā)現(xiàn)與主動創(chuàng)新的結(jié)合。通過重新利用自然現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)以極低的成本實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)技術(shù)難以達(dá)成的目標(biāo)，為未來更多創(chuàng)新應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。