在这个全国人民“看海”的季节里,大家都应该有过或者见过下面的现象吧?1、下雨天,没走几步路就溅了一鞋面、一裤腿的泥;2、为了防止溅到鞋面上泥水,小心翼翼的走在人行道上。呵呵!你注意了脚下却忘记了身边,飞驰而过的汽车还是溅了一身水。
遇到这种情况,我们又该怎么做?是立即回去刷鞋、洗衣服;还是默默的忍受?一篇发表在《Advanced Materials》上的来自中国科学院化学研究所江雷院士课题组的科学报道或许能够给你提供一种全新的解决方法。在鞋的边缘或者车轮的边缘喷上薄薄的一层涂料。没错噢,就是那薄薄的一层涂层就能让妈妈再也不用为小伙伴的雨天出行而烦恼了。
现在没有跳转页面的亲,你的选择是正确的,因为看轻松有趣的中文介绍要比看枯燥的专业文献舒服的多,尽管那篇文章确实写得也十分有趣。
首先我们需要了解这种现象产生的原因——究竟是什么导致了走路时的泥水的迸溅。该文的作者博士生董智超通过高速摄像技术发现:人在走路的过程中,地面上的水会被粘附在鞋底上,并在人往复摆脚的时候沿着鞋子的边缘运动而润湿鞋面;或者是在达到一定速度的时候,从鞋底的边缘迸溅出去,飞到鞋面或者裤腿上。那是什么原因能让水沿着鞋底的边缘运动呢?其实这个问题不光困扰着你,这个问题其实很早以前就已经让科学家们“抓狂”了。以色列科学家Markus Reiner在20世纪50年代的时候咨询了很多科学家,并用“茶壶效应”(Teapot Effect)这个词来描述这种液体在固体边缘运动的现象。现在问题来了,什么是茶壶效应呢?举一个简单的例子吧!在用茶壶倒水的时候,茶水不光会倒入它该去的地方——茶杯,还会在弯曲的壶嘴的表面发生绕流而沿着壶嘴洒到桌子上。这种绕流的形式与走路时的泥水绕流的方式极为相似。
究竟什么因素能够影响绕流呢?其实流体的速度,固体表面的浸润性,固体边缘的曲率对流体在固体边缘的运动状态都是有影响的。对于亲水(海绵鞋底)或者疏水(橡胶鞋底)的固体边缘,在低速度的时候,流体倾向于绕过固体的边缘,也就是说发生了绕流。速度较高的时候,流体与固体的边缘发生分离,速度再高就会发生迸溅。然而,对于超亲水材料(一种特殊的材料,能够让液体在其表面快速铺展),水流在表面上以时速25公里的速度运动时都不会与固体表面发生分离。对于超疏水材料(一种特殊阻水材料,比如防水的手机、相机就可能会利用到这种新型材料),由于其对水的低粘附性,水流不会受到超疏水的固体边缘的影响,水流的状态类似于做抛物线运动。因此将超亲水材料涂在车轮的边缘,本应该被车轮溅起的水就会沿着超亲水的车轮运动而不发生分离。将超疏水材料涂在鞋底边缘,水就不会绕到鞋面上,也就不会迸溅泥水了。
告诉你一个小秘密,超疏水材料是一种仿生材料。这种材料在植物界很常见,比如说很多植物的叶片,花朵和昆虫的翅膀,下雨的时候雨滴落在其表面会自动的弹走,叶片或翅膀则会一直保持“干爽”。还记得那句“出淤泥而不染”么?没错,就是由于荷叶表面的超疏水性才会出这种自清洁的功能。这种材料还具有自清洁功能?没错,也就是说如果你在鞋上喷上这种材料,以后就再也不用刷鞋了。
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201405387/full
(作者:董志超)
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