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, de telles substances gèlerait en cristaux autour d'un noyau de semences, un processus connu sous le nom de nucléation hétérogène. Quand un germe ou noyau n'existe pas, la substance peut rester liquide jusqu'à ce que le point de nucléation homogène, qui se produit à une température beaucoup plus basse.
L'eau pure gèle à 32 degrés Fahrenheit (0 degrés Celsius), mais peut être refroidi à moins-43.6 degrés Fahrenheit (moins-42 degrés Celsius). L'eau doit être distillée pour surfusion avoir lieu, parce que la présence d'impuretés créerait points de nucléation des cristaux de glace et de permettre à la forme. Transforme l'eau en surfusion très rapidement dans la glace ou la neige fondante quand il rencontre une substance sur laquelle il peut former des cristaux. Il est également possible de surfusion de l'eau après le point de nucléation homogène, auquel cas il se solidifie éventuellement en un type de verre.
Beaucoup de différents types de substances et de solutions peuvent être refroidi, ce qui rend le processus utiles dans une variété d'applications. Par exemple, les alliages métalliques surfusion sont utilisés dans la production de nanostructures de semi-conducteurs. Chauffe-mains instantanés, un produit commercial populaire, produire de la chaleur de la cristallisation rapide d'une solution d'acétate de sodium en surfusion.
La solution d'acétate de sodium sursaturée en chauffe-bains utilisé est créée par le chauffage de l'eau de sorte que l'acétate de sodium plus que d'habitude peut être dissous. Ce mélange est ensuite refroidi à température ambiante, le liquide restant où il devrait normalement cristalliser. Lorsque la main est serré chaud, la perturbation abaisse la barrière d'énergie de cristallisation, et de la chaleur est libérée sous forme de cristaux.
Surfusion peut être largement observée dans la nature. L'eau sous les glaciers peut être refroidie, ce qui entraîne des changements dans le transport des sédiments et la dynamique glaciaire. Gouttelettes d'eau surfondue se 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'avion.
De nombreux organismes vivants utilisent surfusion ainsi. Espèces d'arbres et insectes qui vivent dans des climats froids compter sur la surfusion 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 constituée d'atomes dans les amas pentagonaux. Pentagones ne peuvent pas être disposés géométriquement de manière à remplir complètement un espace cristallin, afin de cristallisation ne se produit pas. L'effet de refroidissement accru de cinq fois les structures a été démontré lors d'études sur la croissance des structures de nanofils sur silicium.