2011年6月10日 星期五

跳起來的水珠! Jumping Water Droplets

一般的水滴在表面的時候因為表面潤濕的關係, 跟表面的接觸角很小, 常常都是像個半圓形貼在表面上, 一些水珠的動態也因為這種液滴表面的吸附而沒有辦法觀察. 最近因為奈米技術的發展, 可以製造出所謂的超疏水表面, 在這樣的表面上因為有很多空氣的間隙, 水滴幾乎不跟表面吸附, 所以水滴會有大的接觸角, 可以形成完整圓形的水珠. 因為這樣的技術發展, 水滴的動態開始可以在靜止的平面上被研究. 之前科學家在超疏水的表面發現了一個很有趣的現象: 當兩個小水珠融在一起的時後, 融合的水珠會高高的跳起! 現在的物理解釋似乎是當水珠融合的時候表面能降低 (水滴的曲率越大, 表面能越高), 釋放出來的能量轉成整體水珠的震盪而讓水珠跳起. 這現象之前一直沒有被發現到, 雖然很多人都在研究超疏水的表面. 因為這樣的現象只發生在很小的水珠(mm)還有很快的時間尺度上(微秒), 需要高速攝影機配合顯微鏡才容易捕捉到彈跳的瞬間. 很有趣的影片喔!

相關學術文獻

2 則留言:

scimage 提到...

http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%96%8F%E6%B0%B4%E6%80%A7
在化學裡,疏水性指的是一個分子(疏水物)與水互相排斥的物理性質。疏水性分子偏向於非極性,並因此較會溶解在中性和非極性溶液(如有機溶劑)。疏水性分子在水裡通常會聚成一團,而水在疏水性溶液的表面時則會形成一個很大的接觸角而成水滴狀。舉例來說,疏水性分子包含有烷烴、油、脂肪和多數含有油脂的物質。疏水性通常也可以稱為親脂性,但這兩個詞並不全然是同義的。即使大多數的疏水物通常也是親脂性的,但還是有例外,如矽橡膠和碳氟化合物(Fluorocarbon)。

性質理論

根據熱力學的理論,物質會尋求存在於最低能量的狀態,而關鍵便是個可以減少化學能的辦法。水是極性物質,並因此可以在內部形成氫鍵,這使得它有許多獨別的性質。但是,因為疏水物不是電子極化性的,它們無法形成氫鍵,所以水會對疏水物產生排斥,而使水本身可以互相形成氫鍵。這即是導致疏水作用(這名稱並不正確,因為能量作用是來自親水性的分子)的疏水效應,因此兩個不相溶的相態(親水性對疏水性)將會變化成使其界面的面積最小時的狀態。此一效應可以在相分離的現象中被觀察到。

超疏水性物質,如荷葉,具有極難被水沾溼的表面,其水在其表面的接觸角超過150°,滑動角小於20°。

scimage 提到...

http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E5%BC%A0%E5%8A%9B
表面張力是一種物理效應,它使得液體的表面總是試圖獲得最小的、光滑的面積,就好像它是一層彈性的薄膜一樣。其原因是液體的表面總是試圖達到能量最低的狀態。廣義地所有兩種不同物態的物質之間界面上的張力被稱為表面張力。
--成因
表面張力是由組成一個物態的分子和原子之間的吸引力。表面或物態之間的界面可以被近似地看作是一個切面,而表面張力則可以被看作是每個面積單位上的未滿足的化學價的能量。

一些昆蟲如水黽可以利用表面張力在水面上爬行,非常扁的物體如鋁質或鎳質的錢幣、剃鬚刀片或鋁膜也可以通過表面張力浮在水面上。
在表面張力高的情況下水不易浸濕物體,還會從物體表面反彈。洗衣粉的作用之一就是降低水的表面張力。
生活中其他表面張力的例子:
--水滴形成圓球狀,
--豉豆蟲和水黽可在水面上行走。
--針會浮在水面
--荷葉上的水滴成圓球狀

張貼留言