最近，中國科學院化學研究所王健君課題組與中國科學院大學教授周昕等合作，創造性地經過利用尺寸固定的納米顆粒去探測冰成核與納米顆粒的尺寸匹配信號，因而探測微小瞬間的臨界核的存在和特征。經過研究納米顆粒尺寸與其加快冰晶成核能力的關系，研究人員發現，僅當納米顆粒的尺寸大于某個臨界值時才可以有效加快冰成核發生，而較小尺寸的納米顆粒則幾乎不能幫助冰核構成。并且納米顆粒尺寸在加快冰成核能力方面的尺寸閾值現象是普遍的，與過冷溫度簡單成反比關系，幾乎不依賴于納米顆粒的類別、結構等特征。該實驗結果與經典成核理論關于臨界核和自由能的計算預言完全吻合，首次在實驗上證實了水上凍過程中臨界冰核的存在以及它的尺寸和過冷溫度的依賴關系。
低溫下水上凍等相變現象十分普遍，是科學研究的基本問題，同時在化學工業、低溫生物學、材料科學等領域有關鍵性的運用價值。吉布斯（Gibbs）等人近百年前基于熱力學原理，提出相變的“經典成核理論”，認為如水上凍此類相變需經過一個成核過程。比如，水過冷構成小冰核，僅當構成的冰核偶然超過臨界尺寸，即構成臨界核時，相變才能自發發生。
近數十年來，隨著微觀探測技術的發展，證實了經典成核理論的比較多推論，但也發現了一些超過其預期的結果。特別是對成核的核心概念――臨界核的存在性，一直無法給出直接的實驗證據，因此阻止了對自然界中相變成核這一重要物理現象的持續理解，甚至引起對宏觀推論給出微觀方面臨界核概念的實用價值也有疑問。具體到水上凍相變，歸因于水分子的特殊復雜性以及與我們生活密切相關，人們對探測臨界冰核亦是期盼已久，但經比較多努力卻不可以給出清晰結果，成為這個領域一個懸而未決的基本問題。
該項課題研究有效澄清了近幾十年來關于“經典成核理論”在描述原子尺度的臨界核特征的有效性方面的普遍顧慮，加深了對水上凍這一重要相變現象的微觀機制的理解。該工作對水上凍機理、相變現象乃至統計物理中宏觀和微觀關系等都有重大意義。同時這種探測臨界冰核的策略也可用于其它相變成核過程的臨界核探測，因而可能改進對整個相變成核領域的認識。另外，該研究結果證明：設計與臨界冰核尺寸相當的圖案化表面，能達到高效調控冰晶構成的目的，為防覆冰涂層的設計提供了新思路。
