阿姆斯特丹大學(xué)物理學(xué)家近日取得一項突破性成果：在無需任何外部冷凍設(shè)備的情況下，僅利用蒸發(fā)冷卻原理，成功3D打印出一棵高8厘米的微型冰制圣誕樹。這項技術(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制作過程。

根據(jù)研究團(tuán)隊在物理學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站arXiv發(fā)布的論文，這項低成本技術(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，會吸收并帶走大量熱量，這一過程在自然界和日常生活中廣泛存在。實驗中，研究人員將水射入真空腔體，由于氣壓極低，水分子加速蒸發(fā)，導(dǎo)致“較熱”的高能原子像蒸汽一樣從磁阱中“跳出”，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，熱咖啡冒出蒸汽變涼，以及“酒淚”（掛杯）現(xiàn)象的形成，都與蒸發(fā)冷卻有關(guān)。更有趣的是，這一機(jī)制還解釋了燒烤愛好者熟悉的“烤肉停滯期（The Stall）”：當(dāng)大塊肉類內(nèi)部溫度達(dá)到約76℃時，排出的水分劇烈蒸發(fā)，產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)抵消了烤爐的熱量，導(dǎo)致升溫停滯。燒烤師通常會用錫紙包裹肉塊來阻斷蒸發(fā)，從而突破這一瓶頸。

這項技術(shù)的誕生頗具戲劇性。研究團(tuán)隊最初的目標(biāo)并非打印冰塊，而是試圖通過在真空中噴水來消除空氣阻力，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構(gòu)建精細(xì)的冰結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)打破了以往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，利用運動控制系統(tǒng)引導(dǎo)水流，最終實現(xiàn)了“按需構(gòu)建幾何形狀”，將這一意外轉(zhuǎn)化為首個基于蒸發(fā)冷卻原理的3D打印技術(shù)。