I primi pattini da ghiaccio furono realizzati 4.000 anni fa dai finlandesi, che legavano ossa appuntite alla suola delle scarpe. Intorno al XIV secolo, gli olandesi inventarono i pattini da ghiaccio in acciaio e il pattinaggio divenne uno sport alla moda in Europa, con il pattinaggio di velocità e quello artistico che attirarono un gran numero di appassionati. Ma perché i pattini da ghiaccio aiutano a pattinare? Noi camminiamo grazie all'attrito tra le scarpe e il suolo, e senza attrito non possiamo muoverci. Per quanto riguarda il pattinaggio, minore è l'attrito, più scorrevole sarà la pattinata. I pattini da ghiaccio permettono di ottenere rapidamente slancio durante l'avvio e l'accelerazione, riducendo l'attrito durante la scivolata e mantenendo la stabilità. Tuttavia, sia il ghiaccio che i pattini da ghiaccio sono solidi, quindi perché l'attrito tra loro è così basso? Se si interpone uno strato di fluido tra due oggetti solidi, l'attrito diminuisce notevolmente, ed è proprio questo il principio di funzionamento dell'olio lubrificante. Gli scienziati hanno studiato la superficie di contatto tra i pattini da ghiaccio e il ghiaccio e hanno scoperto che il basso attrito è dovuto alla presenza di una membrana d'acqua tra i due, che funge da lubrificante.
Inizialmente, si riteneva che l'acqua tra i pattini da ghiaccio e il ghiaccio derivasse da una trasformazione fase-liquida: l'acqua si trasforma in ghiaccio sotto pressione elevata. Tuttavia, si è scoperto che quando la temperatura scende sotto i -22°C, per quanto elevata sia la pressione, il ghiaccio non si scioglie, ma passa da una fase all'altra senza trasformarsi in acqua. Ma allora perché si può pattinare senza problemi anche a temperature molto basse, come -30°C? Successivamente, si è capito che anche al di sotto del punto di fusione, sulla superficie del ghiaccio esiste una membrana liquida, chiamata fusione superficiale. Quanto più la temperatura si avvicina al punto di fusione, più spessa sarà questa membrana. Tra -35 e 0°C, la membrana liquida ha uno spessore di circa 10 nanometri. Naturalmente, la presenza di impurità può influenzare lo spessore della membrana liquida. Ad esempio, la presenza di sale rende la membrana più spessa. Ma perché esiste questa membrana liquida? Nel 2004, due scienziati giapponesi hanno fornito una spiegazione mediante simulazioni di dinamica molecolare. Le molecole d'acqua all'interno del ghiaccio sono sottoposte a forze da parte delle molecole adiacenti in tutte le direzioni, creando una rete stabile. Tuttavia, le molecole d'acqua sulla superficie del ghiaccio sono esposte a forze instabili da un lato e hanno difficoltà a formare una rete regolare, tendendo invece a una forma amorfa, ovvero una membrana liquida. Dal punto di vista del movimento termico delle molecole, queste oscillano intorno alla loro posizione di equilibrio e, poiché le molecole sulla superficie del ghiaccio sono sottoposte a forze instabili, le loro oscillazioni sono più ampie rispetto a quelle delle molecole interne, con un differenziale che aumenta man mano che ci si avvicina al punto di fusione. Quindi, più la temperatura si avvicina al punto di fusione (ad esempio, superiore a -3,5°C), maggiore è il contributo della fusione sotto pressione; quando la temperatura è lontana dal punto di fusione (ad esempio, -30°C), il contributo dell'attrito è maggiore; quando la temperatura è lontana dal punto di fusione e si è in condizioni statiche, il contributo della membrana liquida è maggiore. È proprio la presenza di questa membrana liquida tra i pattini da ghiaccio e il ghiaccio che permette di pattinare senza problemi anche a temperature molto basse.