相图和相变是材料科学基础的重要教学内容。水不仅是生命存在的必要条件，而且在材料、化学、物理、能源、生物医药等众多的科学和技术领域中发挥着关键性的作用。水具有非常丰富的相变行为，并且还有很多科学谜团有待揭开。随着表征技术的不断进步，原位液体电镜在前沿材料研究中发挥着越来越重要的作用。本实验使用带制冷台的环境扫描电镜，在可控的温度和气压的条件下观察水的固液气相转变。
实验原理
图9.1为水的固液气三相点附近相图示意图。图中弯曲的虚线是一条亚稳相界限，在其以上的区域，冰和亚稳态的过冷水可以相对稳定共存，其以下的区域只有稳定相冰被允许存在，而相对稳定的过冷水不能存在。设计实验路径1用于通过恒压降温观察水的气→液→固相转变；路径2用于通过恒温降压观察冰的升华相变。环境扫描电镜通过内部差动抽气装置，允许样品室中存在一定程度的低气压，使得观察水材料在三相点附近的相变行为成为可能。
图9.1 实验路径示意图