减少超疏水表面阻力的关键可以归结为单个参数

有时，最复杂的问题可以用最简单的方法解决。加州大学圣巴巴拉分校的研究人员就是这种情况，因为他们试图解决一个长期存在的流体摩擦问题 - 通过流体移动的物体之间的阻力，或者相反，流体在其周围或流过它的静止物体之间的阻力。它也被称为拖拽。

“我们已经建立了一个理论，但这是一个非常混乱的问题，”机械工程教授Paolo Luzzatto-Fegiz说。他们的问题特别涉及超疏水表面(SHS)，这被视为阻力问题的潜在解决方案，阻力问题是一种现象，会降低在水中旅行的物体的效率，如货船，并增加通过管道泵送液体的能量消耗。

他们对有效SHS的计算包括10个复杂参数，但事实证明，预测SHS是否会按预期执行的能力归结为一个。他们的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

进入凹槽

Luzzatto-Fegiz解释说，超疏水表面旨在通过产生微小的空气袋来最大限度地减少表面与流体之间的接触。一个很好的例子是新鲜的羽衣甘蓝，当浸泡在水中时。由于微观的表面结构，叶子会被银色光泽覆盖 - 一个气泡网络，防止水接触叶子的表面，也称为莲花效应。

对于植物来说，超疏水性会产生自清洁效果，并有助于防止真菌感染等水传播条件。对于无生命的表面，相同的属性可减少阻力。但是，虽然这个概念是合理的，但在实践中，由于表面活性剂，表面图案化并没有达到预期的效果，表面活性剂是降低气泡中水和空气之间张力的化合物。Luzzatto-Fegiz说，在现实世界中，表面活性剂是不可避免的，即使是微量也足以否定SHS的性能。

在设计一种克服表面活性剂影响的表面时，研究人员不得不应对复杂的计算，不仅涉及流体力学(已经很复杂)，还涉及表面活性剂分子的物理学。

“我们需要模型来了解这些东西如何在水中移动，它们如何从水中跳到界面，以及它们如何运输，”他说。但在他们的实验、建模和计算过程中，出现了一个似乎凌驾于所有其他参数之上的参数：气泡的长度。

“当我们研究数学时，我们决定将自己限制在可能发生的事情上，”Luzzatto-Fegiz说。“很多参数在现实中变化不大。有了这个限制，他们意识到有几个因素可以抵消，只留下微小凹槽的长度尺度。简而言之，产生气穴的微小光栅越长，表面活性剂分子的作用就越小。

事实证明，有一个临界气穴长度，这取决于表面活性剂的类型及其浓度。“如果你让光栅更长，通常长约10厘米，表面活性剂就不能完全抵抗流体运动，”他说。“你可以得到人们20年来一直在追求的理想减阻。

随着这些计算的解决，研究人员将开始研究其他类型的SHS模式，例如小柱子，以及其他现实生活中的情况，例如湍流和其他不稳定流动。能够在各种情况下减少阻力将导致更省油的货船，更有效的泵和流水中更具弹性的结构。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！