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物理學(xué)家們對液體與其他物質(zhì)的行為有了新的認(rèn)識

2019-10-16 11:31:09 編輯: 來源:
導(dǎo)讀 布里斯托大學(xué)的物理學(xué)家使用一系列理論和模擬方法表明,與底物接觸的液體可以表現(xiàn)出有限數(shù)量的行為類別,并可以識別出重要的新行為。他們的

布里斯托大學(xué)的物理學(xué)家使用一系列理論和模擬方法表明,與底物接觸的液體可以表現(xiàn)出有限數(shù)量的行為類別,并可以識別出重要的新行為。

他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上,挑戰(zhàn)了人們對潤濕和干燥階段行為的公認(rèn)觀點(diǎn)。

作者提供了一個(gè)牢固的概念框架,用于調(diào)整新材料的性能,包括尋找超強(qiáng)疏水性基質(zhì),例如從擋風(fēng)玻璃中排出水,以及了解生物分子長度范圍內(nèi)的疏水相互作用。

當(dāng)從固體基材排斥諸如水的液體時(shí),產(chǎn)生的液滴表現(xiàn)出大的接觸角。這被稱為疏水狀態(tài),如果接觸角很大,則稱為超疏水狀態(tài),因此液滴形成接近球形的形狀。

相反,如果基材足夠強(qiáng)烈地吸引液體(換句話說,是親水性基材),則會產(chǎn)生較小的接觸角,并且液滴會散布在整個(gè)表面上。

表面是疏水的還是親水的,取決于基材和液體之間的分子吸引程度。

控制吸引力是基材潤濕性的關(guān)鍵,而潤濕性決定了多少物理和生物系統(tǒng)起作用。例如,植物葉片通常是疏水性的,從而使其在雨中保持干燥,從而可以通過其孔隙進(jìn)行氣體交換。但是,諸如油漆,油墨和潤滑劑之類的液體需要散布開來以覆蓋或“弄濕”表面。

基于前布里斯托爾博士獲得的早期見識 學(xué)生Maria Stewart博士,Bob Evans教授和Nigel Wilding教授將許多理論和模擬技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)流體模型,以研究疏水性和親水性基質(zhì)的特性。

他們發(fā)現(xiàn)了豐富而出乎意料的行為,例如與超疏水基質(zhì)上的“臨界干燥”現(xiàn)象相關(guān)的密度波動(dòng)。

埃文斯教授說:“弄清控制液體在固體基質(zhì)上的接觸角的因素是一個(gè)貫穿于物理,化學(xué)和材料科學(xué)的長期科學(xué)問題。由于缺乏對這一領(lǐng)域的全面統(tǒng)一的理解,阻礙了這一進(jìn)展。我們的結(jié)果表明,這些轉(zhuǎn)變的特性敏感地取決于流體-流體和底物-流體相互作用的范圍以及溫度。”

懷爾德教授補(bǔ)充說:“我們的工作發(fā)現(xiàn)了以前無法識別的表面相圖類別,大多數(shù)與基質(zhì)接觸的液體的實(shí)驗(yàn)和模擬研究都屬于該類別。特別有趣的特征涉及超疏水基質(zhì)附近的水,人們可以觀察到“臨界”現(xiàn)象。 “干燥”為θ→180°。這是通過發(fā)散的密度波動(dòng)來表示的,該波動(dòng)導(dǎo)致豐富的結(jié)構(gòu)特性,包括靠近基材附近的蒸汽氣泡的分形排列。”


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