La surfusion est le processus par lequel un liquide ou un gaz est refroidi delà de sa température de congélation sans se cristalliser en un solide. Dans des conditions normales de congélation, ces substances auraient gelé en cristaux autour d'un noyau de semences, un processus connu sous le nom hétérogène nucléation . Quand un germe cristallin ou noyau n'existe pas, la substance peut rester un liquide jusqu'à ce que le point de nucléation homogène, ce qui se produit à une température beaucoup plus basse.
L'eau pure gèle à 32 ° F (0 ° C), mais peut être refroidi à -43.6 ° F (-42 ° C). Il doit être distillé pour surfusion avoir lieu, parce que la présence d'impuretés créerait points de nucléation et permettre cristaux de glace se forment. L'eau en surfusion transforme très rapidement en glace ou de neige fondante lorsqu'il rencontre une substance sur laquelle il peut former des cristaux. Il est également possible de surfusion de l'eau passé le point de nucléation homogène, auquel cas il se solidifie finalement dans un type de verre.
De nombreux types de substances et solutions peuvent être surfusion, rendant le processus utile dans une variété d'applications. Par exemple, les alliages de métaux en surfusion sont utilisés dans la fabrication de nano-structures de semi-conducteurs. Chauffe-mains instantanées, un produit commercial populaire, produisent de la chaleur à partir de la cristallisation rapide d'une surfusion sodium acétate solution.
La solution d'acétate de sodium sursaturée utilisée dans chauffe-mains est créée par l'eau de chauffage de telle sorte que plus d'acétate de sodium que d'habitude peut être dissous.Ce mélange est ensuite refroidie à la température ambiante, le liquide restant où il devrait normalement cristalliser. Lorsque le réchauffeur de main est serré, la perturbation abaisse la barrière d'énergie pour cristallisation, et de la chaleur est libérée sous forme de cristaux.
Surfusion peut être largement observée dans la nature. Il peut arriver à l'eau sous les glaciers , ce qui entraîne des changements dans le transport des sédiments et la dynamique glaciaire. Gouttelettes d'eau en surfusion forment souvent dans les nuages de haute altitude et se cristallisent dans la glace lors de la rencontre avec un objet solide. Ce phénomène est responsable de la formation de glace sur les ailes d'avions.
De nombreux organismes vivants utilisent ce processus. Espèces d'arbres et d'insectes qui vivent dans des climats froids comptent sur elle pour abaisser le point de congélation de leurs fluides internes. Ce produit la tolérance au gel et permet à ces organismes de survivre à des températures extrêmement froides.
La recherche a montré que la surfusion a lieu dans les cas où la structure d'une substance composée d'atomes en grappes pentagonales. Pentagones ne peuvent pas être disposés géométriquement de manière à remplir complètement un espace cristallin, de sorte que la cristallisation ne se produit pas. L'effet accru de cela a été démontré lors d'études sur la croissance des structures de nanofils sur silicium .
