近年来,抗冻水凝胶由于其在低温下稳定的导电性和机械性能,在柔性和可穿戴设备的研究领域引起了许多关注。已经有相当多的研究在抗冻水凝胶的应用方面取得重大进展。然而,水凝胶中冰核形成的机制仍需要进一步探究。在此我们报道了基于液滴悬浮液法对聚丙烯酰胺水凝胶中的冰核形成进行定量研究,聚丙烯酰胺水凝胶被用作模型系统。研究结果发现:(1)通过成核理论中ln(τF)～1/T(△T)2曲线定量获得聚丙烯酰胺水凝胶的成核势垒和有效成核温度。发现聚丙烯酰胺水凝胶可显着增加冰的成核势垒。此外,在超纯水系统中,-40℃的聚丙烯酰胺水凝胶可将冰的有效成核温度降至-50℃。(2)成核过程的细节被超高速摄像机捕获。发现聚丙烯酰胺水凝胶中的超纯水和超纯水之间的冰核形成模式存在显着的差异。当过冷度足够高时,超纯水中晶核短时间内(100ms)会在水滴中各处大量形成。然而在聚丙烯酰胺水凝胶中,冰成核在冰核形成的最初阶段开始于非常小的局部区域,然后扩散到整个液滴。水中微小杂质颗粒促进的异相成核被认为是水和聚丙烯酰胺水凝胶体系冰核形成的差异的主要原因。微小的外来颗粒被用作凝胶化位点,在凝胶化过程中将被嵌入,并且这些被包覆的外来粒子几乎不能作为异相成核的基底促进冰核形成过程。总之,揭示了聚丙烯酰胺水凝胶中冰核形成过程的细节。同时聚丙烯酰胺水凝胶的抗冻性能也被定量计算和分析,以期望对抗冻水凝胶的制备和性能优化提供指导。