伦敦女王玛丽大学的研究人员开发了一种新颖的计算方法，可以更好地理解不同类型液体中的冻结。液体变成固体的冷冻过程并不像看起来那样简单。由于原子和分子排列的不同，许多物质(包括水和蜡)都具有几种固态。然而，进行实验以可视化确切的分子排列以及它们如何在状态之间转换可能是困难的。
在过去的几十年中，越来越多地使用计算模型来补充实验研究，从而为气态和液态以及它们之间的转换(例如蒸发)带来了新的分子见解。
但是，致密相仍然是一个挑战，大多数方法无法使用将冷冻液制成固体的复杂性，特别是在存在多种可能的固体排列的情况下。
在发表在《物理化学杂志》 B上的这项研究中，科学家开发了新颖的计算方法来研究蜡，该蜡已知具有多种冷冻排列。使用他们的方法，他们能够预测其熔点在实验值的2°C以内。
性能比较
当他们将这些方法的性能与大多数现有的计算技术进行比较时，他们显示出他们的建模方法可以更真实地了解液体冻结时所发生的情况，甚至可以预测在此过程中形成的一些更“奇异”的晶体结构。
玛丽女王大学的博士后研究助理Stephen Burrows博士说：“固体烷烃是不寻常的，因为分子具有令人惊讶的自由度。如果从完美的晶体开始并提高温度，分子会突然具有旋转的能力，其动作类似于不安的卧床者在床上辗转反侧。”
“我们已经测试了用于模拟这些'转子'相的最广泛使用的方法，发现1960年代的威廉姆斯模型已经过时了。最初由于缺乏计算能力而不切实际，现在它可能会经历现代分子生物学的复兴。动力学仿真。通过我们新近优化的模型，我们旨在研究在石油中发现的十六烷的转子相，由于其不稳定特性，很难通过实验观察到。”
实际应用
像蜡一样，诸如柴油之类的油也可以在许多阶段冻结，并表现出不同的固体性质。因此，预测液体过渡到不同类型“固体”油的分子和原子复杂性的方法可能具有多种潜在的实际应用，从帮助更好地预测输油管道的冻结(并防止漏油)到发展更好的智能绝缘和能量存储。
了解蜡中的固态转变也可能导致比钢更轻，更坚固的聚合物，并帮助研究人员增进对新发现的过程(如人工形态发生)的理解。这些可以实现更绿色的制造流程，因此我们可以“增长”自然界中看到的事物，减少副产品或废品。
玛丽皇后大学化学工程专业的读者Stoyan Smoukov博士说：“能够预测油的转化行为将有助于我们寻求未来的可持续制造工艺。通常的光刻微加工就像雕刻，切割/凿子一样在目前的拨款中，我们正在使用新颖的工艺对液滴进行自定形，并使用将近100%的起始材料来长大成形的颗粒。”
“该过程具有高度的可扩展性，因为每个液滴都由于内部相变而自身成形。有效生产此类颗粒可以彻底改变从喷墨印刷到药物输送的行业。我们开发的建模工具将帮助我们在分子规模上调节这种控制。”