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超疏水材料創(chuàng)造的神話:水往高處流

來源:知乎高分子課堂(作者:winningman)      2016-02-29
導(dǎo)讀:“水往低處流”——這是一句我們?cè)偈煜げ贿^的諺語(yǔ)了。背后的科學(xué)原理是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。但是對(duì)于水來講,能量不只是有重力勢(shì)能與動(dòng)能。近日,來自北京航空航天的劉克松與江雷院士團(tuán)隊(duì),利用水珠在超疏水材料界面處表面能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,創(chuàng)造了“水往高處流”的神話。

看似違反常識(shí)的實(shí)驗(yàn)效果

先通過一個(gè)視頻了解一下:

簡(jiǎn)單地介紹一下這個(gè)效果拔群的裝置:


簡(jiǎn)單地描述就是: 一個(gè)塑料管中預(yù)先用具有超疏水性質(zhì)的篩網(wǎng)封存一定量的水,外界持續(xù)輸入的水珠如果碰到篩網(wǎng)界面,就如同被施了魔法一樣,“咻”的一下被吸了進(jìn)去。維持這個(gè)過程,塑料管中的水柱就越來越高,看起來實(shí)現(xiàn)了“水往高處流”。研究者將其形象地稱之為”超疏水泵“。



科學(xué)原理

這其中最重要的組件就是篩網(wǎng)


篩網(wǎng)的材質(zhì)本身是銅,通過正十二硫醇處理以后表面獲得了超疏水的性質(zhì)。水滴落在超疏水的表面上會(huì)有很大的接觸角,即表現(xiàn)為仍呈現(xiàn)出圓滾滾的狀態(tài)。比如下圖是水珠在正常表面與某種超疏水表面的對(duì)比。


回到我們今天介紹的這個(gè)裝置。水珠碰到這個(gè)篩網(wǎng)之后,依舊可以大體維持原有的圓滾狀態(tài),使水珠具有較大的表面能。水珠與篩網(wǎng)上方的水融合會(huì)使得表面能迅速釋放,足夠克服其重力勢(shì)能,實(shí)現(xiàn)“水往高處流”。

應(yīng)用前景

當(dāng)然,這項(xiàng)技術(shù)目前還有一定的局限性。比如,只能實(shí)現(xiàn)體積較小的水珠的逆重力提升,對(duì)于水面或者水膜則無(wú)作用。另外,水柱的高度達(dá)到某一極值后便不能再增加。即便這樣,這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)、微流體體系、水的富集與轉(zhuǎn)移都有重要的借鑒意義。

參考文獻(xiàn):

Cao, M.; Li, K.; Dong, Z.; Yu,C.; Yang, S.; Song, C.; Liu, K.; Jiang, L., Superhydrophobic “Pump”: Continuousand Spontaneous Antigravity Water Delivery. Advanced Functional Materials 2015,25(26), 4114-4119.

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