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结冰是自然界中最广泛的物化现象之一。这一现象是一把双刃剑:冰雪的形成往往给人们的生活带来诸多不便，极端的时候甚至带来灾难;同时，利用好这一现象也会丰富我们的生活，为我们的科学研究提供技术途径。但关于这两个方面的研究，都有许多问题还没得到解决，比如表面性质对冰异相成核的影响，各种杂质对冰重结晶的影响等。从以上问题出发，首先研究了不同种类界面水对冰异相成核的影响;然后研究了离子对冰重结晶的特异性影响;在此基础上，利用重结晶冰为模板制备了各种尺寸可控的二维和三维多孔材料。 1.理解界面水对冰异相成核的影响，对于揭示冰核形成的分子机制至关重要。通过热交联制备了含有不同羟基密度的聚乙烯醇(PVA)表面，研究了这些表面上冰晶异相成核效率;实验结果表明异相成核效率随着羟基密度的降低而增加。热重和差示扫描量热测试表明界面水由“紧密结合水”，“结合水”和“类体相水”三部分组成，其中“类体相水”和表面异相成核效率存在直接的相关关系。随着PVA表面羟基密度的降低，羟基对界面水的束缚能力降低，使得“类体相水”分子在形成冰核时的能垒降低，从而提高了界面异相成核效率。此研究不仅为实验控制异相成核效率提供了新的策略，而且为理解冰核形成机理提供了另一个视角。 2.重结晶现象是广泛存在，在冶金、地质变迁和冰川演化等领域都有着深远的影响。然而关于冰重结晶的基础科学问题却少有系统研究，尤其是不同杂质对冰重结晶的影响一直没有得到足够重视。另一方面，重结晶后冰晶尺寸的控制对冷冻保存、食品储存和冰模板材料制备等方面也有着现实应用的意义。然而，理解和控制冰晶重结晶仍然不令人满意。研究了不同离子对冰重结晶的影响。发现了离子对冰重结晶的特异性影响，通过简单地改变水溶液中离子的类型和浓度，使重结晶后的冰晶尺寸可以从27.4±4.1μm到277.5±30.9μm范围内任意调控。分子动力学模拟分析显示，离子在冰晶中的分布对重结晶后冰晶的最终尺寸中起关键作用。 3.由于冰模板具有明显的优点，例如环境友好且适用于各种材料，所以冰模板法已被广泛用于制备多孔材料。然而，使用传统冰模板法制备的多孔材料的孔结构和尺寸难以控制。基于冰重结晶过程可控的发现，利用重结晶冰为模板制备了多种材料的二维和三维结构。进一步将纳米银线组装成网格尺寸可调的二维银网格，将二维银网格转移到柔性基底上后，即可制备透明柔性导电膜。该导电膜在反复拉伸和弯折后依然体现出稳定的导电性。这种方法为制备透明电极和柔性显示等可穿戴设备提供了新的思路。