晶体的成核与生长我们认为，结晶并不是一蹴而就的，在物质处于液态时，分子具有较大的自由度，但分子运动中有可能会出现少许分子聚集在一起形成微小的晶粒，晶粒与液体的表面能比较低，因此后续液体中的分子运动到晶粒附近时，就倾向于与晶粒成键，按晶格对称性构建成晶体。这样，就像搭积木一样，晶粒就会越长越大，最终形成晶体。
【 溜冰场|冰阔落里的透明冰块，可能是冬奥会溜冰场的远房亲戚】但晶体的成核需要克服势垒，这也很好理解，如果液相可以自发成核，那物质的液相就不可能是可以稳定存在的。一般对于纯净的液相，成核的动力有三种，即恒压下的过冷度，恒温下的过饱和蒸气压以及恒温恒压下的过饱和浓度。水的结冰就是温度达到水的冰点以下，在这里就是恒压下的过冷度，换句话说，在压强不变的情况下，当温度达到液相的凝固点之下，晶体便可以克服势垒成核。当然，关于成核理论，现在也有一些最新的理论。
但当溶液中存在杂质时，会发生非均匀成核。这是因为杂质粒子与液相的分界面的界面能会降低成核的势垒。在杂质处处天然便存在一个界面，自然比液相分子自发聚集凭空创造一个界面容易。因此，杂质处更容易成核。

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冬日肥皂泡的结晶过程 | 图源自pixabay
我们如果正常冰冻时，成核会首先发生在杂质处，因此除非你能将水中所有杂质全部去除，否则将杂质冻在冰里无可避免，但如果我们利用保温箱只在水的表面冷冻，水表面只有一层接触冷源，在过冷度的驱使下，水在表面附近成核冰向下生长，而生长过程中杂质便不容易掺进去了，因此上层冷冻的冰块不会包含杂质。
冬奥“冰丝带”制冰也是同样的道理，不过比咱们这个高级一些。首先，冬奥用的水本身便几乎没有杂质，喷洒的过程中每次又只喷洒薄薄一层，在这一层中几乎可以认为没有杂质，因此可以成核和生长过程都不会被打扰，得到的就是完美的冰层。

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冰阔落 | 图源自pixabay
这样看来，我们在可乐里加的冰块，还算是“冰丝带的远房亲戚”呢。
*参考资料：
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[2]王派,李敏霞,宋瑞涛,詹浩淼,马一太.CO? 跨（亚）临界制冷人工冰场的分析与研究[J].制冷技术,2020,40(02):25-30.
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北京2022年冬奥会和冬残奥会组织委员会网站 (beijing2022.cn)
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七、晶体的成核与生长 - 豆丁网 (docin.com)
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【前沿报道】Science Advances：晶体如何形成——关于成核途径的理论----中国科学院地质与地球物理研究所 (cas.cn)
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