物理學(xué)家們對(duì)液體與其他物質(zhì)的行為有了新的認(rèn)識(shí)

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(shí)別出重要的新行為。

他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上，挑戰(zhàn)了人們對(duì)潤(rùn)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(zhǎng)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(shuō)，是親水性基材)，則會(huì)產(chǎn)生較小的接觸角，并且液滴會(huì)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(rùn)濕性的關(guān)鍵，而潤(rùn)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(rùn)滑劑之類的液體需要散布開來(lái)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(shí) 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(shuō)：“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(zhǎng)期科學(xué)問題。由于缺乏對(duì)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(shuō)：“我們的工作發(fā)現(xiàn)了以前無(wú)法識(shí)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(lái)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。”