Ylijäähdytys on prosessi, jossa neste tai kaasu jäähdytetään sen jäätymislämpötilan ohi kiteyttämättä kiinteäksi aineeksi. Normaaleissa jäätymisolosuhteissa tällaiset aineet jäätyisivät kiteiksi siemenytimen ympärille, mikä tunnetaan heterogeenisenä ytimena. Kun siemenkiteitä tai ytimiä ei ole, aine voi pysyä nesteenä homogeenisen ytimen muodostumispisteeseen asti, joka tapahtuu paljon alhaisemmassa lämpötilassa.
Puhdas vesi jäätyy 32 ° C: n lämpötilassa, mutta se voidaan jäähdyttää -0 ° C: een. Se on tislattava ylikuumenemista varten, koska epäpuhtauksien läsnäolo loisi ytimen muodostumispisteitä ja mahdollistaisi jääkiteiden muodostumisen. Ylijäähdytetty vesi muuttuu hyvin nopeasti jääksi tai lietteeksi, kun se kohtaa aineen, josta se voi muodostaa kiteitä. Vesi on myös mahdollista jäähdyttää yli homogeenisen ytimen muodostumispisteen, jolloin se lopulta kiinteytyy lasityypiksi.
Monia erityyppisiä aineita ja liuoksia voidaan jäähdyttää, mikä tekee prosessista hyödyllisen monissa sovelluksissa. Esimerkiksi puolijäähdytettyjä metalliseoksia käytetään puolijohde -nanorakenteiden valmistuksessa. Välitön käsilämmitin, suosittu kaupallinen tuote, tuottaa lämpöä ylikuumennetun natriumasetaattiliuoksen nopeasta kiteytymisestä.
Käsilämmittimissä käytetty ylikyllästetty natriumasetaattiliuos luodaan kuumentamalla vettä niin, että tavallista enemmän natriumasetaattia voidaan liuottaa. Tämä seos jäähdytetään sitten huoneenlämpötilaan ja jää nestemäiseksi, kun se normaalisti kiteytyy. Kun käsilämmitintä puristetaan, häiriö alentaa kiteytymisen energiaesteen ja lämpöä vapautuu kiteiden muodostuessa.
Ylijäähdytystä voi havaita laajasti luonnossa. Se voi tapahtua jäätiköiden alla olevalle vedelle, mikä voi johtaa sedimenttikuljetuksiin ja jäädynamiikkaan. Ylijäähdytetyt vesipisarat muodostuvat usein korkeissa pilvissä ja kiteytyvät jääksi kohdatessaan kiinteän esineen. Tämä ilmiö on vastuussa jään muodostumisesta lentokoneen siipiin.
Monet elävät organismit käyttävät myös tätä prosessia. Kylmässä ilmastossa elävät puulajit ja hyönteiset luottavat siihen alentamaan sisäisten nesteiden jäätymispistettä. Tämä saa aikaan pakkastoleranssin ja mahdollistaa näiden organismien selviytymisen erittäin kylmissä lämpötiloissa.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että ylikuumeneminen tapahtuu tapauksissa, joissa aineen rakenne koostuu atomeista viisikulmaisissa klustereissa. Pentagonit eivät voi olla geometrisesti järjestettyjä siten, että ne täyttävät kokonaan kiteisen tilan, joten kiteytymistä ei tapahdu. Tämän lisääntynyt vaikutus on osoitettu tutkimuksissa, joissa tutkittiin nanolankarakenteiden kasvua piillä.