徒手劈鐵水！“萊頓弗羅斯特”之力

唐修行 臧渡洋

煉鋼過(guò)程中，剛出爐的鐵水炙熱無(wú)比，溫度高達(dá)1535攝氏度以上！可是，居然有人敢徒手劈開(kāi)鐵水。難道他“比鐵還硬、比鋼還強(qiáng)”？當(dāng)然不是，是萊頓弗羅斯特效應(yīng)給了他力量。

或許你還沒(méi)有聽(tīng)過(guò)“萊頓弗羅斯特”，也還沒(méi)有見(jiàn)過(guò)徒手劈鐵水。那么，光腳過(guò)炭火，你見(jiàn)過(guò)吧？也沒(méi)有？你爸媽炒菜你總歸見(jiàn)過(guò)的，其中也可能會(huì)涉及萊頓弗羅斯特效應(yīng)。

什么是萊頓弗羅斯特效應(yīng)？

其實(shí)早在千年以前，人們?cè)谝苯疬^(guò)程中就發(fā)現(xiàn)：當(dāng)水滴撞向熱壁面時(shí)，不是接觸發(fā)生浸潤(rùn)，而是水滴四處滾動(dòng)，像是懸浮在熱壁面上，并且不會(huì)立刻汽化消失。1756 年，萊頓弗羅斯特在一把燒得通紅的鐵勺上滴了一滴水珠，水珠沒(méi)有汽化消失，而是懸浮起來(lái)，并持續(xù)了30 秒——原因在于，水珠接觸鐵勺之后，底部立即快速汽化形成一層水蒸氣，將水珠與鐵勺隔開(kāi)，并使得水珠懸浮起來(lái)，這就是萊頓弗羅斯特效應(yīng)。

現(xiàn)今，科學(xué)家們已經(jīng)從理論上對(duì)萊頓弗羅斯特效應(yīng)做出了相對(duì)完整的解釋：當(dāng)液滴（水珠）撞擊熱壁面時(shí)，基于不同壁溫下，液滴的蒸發(fā)壽命和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為四種：接觸蒸發(fā)、核沸騰、過(guò)渡沸騰和萊頓弗羅斯特效應(yīng)。在接觸蒸發(fā)時(shí)，液滴通常是靜止的或者只有微弱流動(dòng)，只會(huì)緩慢蒸發(fā)，水杯里的水就是如此漸漸少去；在核沸騰和過(guò)渡沸騰時(shí)，液體中會(huì)突然形成氣泡，燒開(kāi)水就是如此沸騰起來(lái)；而在更高的溫度區(qū)間上，當(dāng)熱壁面達(dá)到萊頓弗羅斯特效應(yīng)溫度時(shí)（指液滴撞擊熱壁面時(shí)，液滴存在壽命最長(zhǎng)時(shí)對(duì)應(yīng)的熱壁面溫度），液滴與熱壁面接觸的部分會(huì)迅速沸騰形成水蒸氣，由于水蒸氣阻隔了液滴與熱壁面的直接接觸，傳熱也比液體慢得多，這才大幅降低了液滴沸騰的速度，并使其被自身產(chǎn)生的水蒸氣托起，懸浮于熱壁面之上。

在高溫之上嬉戲和起舞

萊頓弗羅斯特效應(yīng)發(fā)生時(shí)，由于液滴和熱壁面之間的蒸氣層的存在，液滴在熱壁面會(huì)表現(xiàn)出豐富而有趣的動(dòng)態(tài)行為。

當(dāng)液滴撞擊水平的熱壁面時(shí)，會(huì)傾向于隨機(jī)滾動(dòng)。研究者們發(fā)現(xiàn)，在一些條件下，液滴撞向熱壁面后，會(huì)在沒(méi)有其他外力驅(qū)動(dòng)的情況下，在固體表面上沿特定方向自主滾動(dòng)，這種現(xiàn)象被稱為自推進(jìn)。這種現(xiàn)象在你爸媽炒菜時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)——當(dāng)鐵鍋的溫度足夠高時(shí)，水滴落上去可能不會(huì)迅速沸騰掉，而會(huì)滾來(lái)滾去，玩耍嬉戲。

而將水滴撞向彎曲的高溫鋁表面，可以觀察到液滴的星形振蕩。隨著液滴尺寸的增大，可以觀察到多達(dá)13 階的振蕩花樣，就像是高溫之上， 一位身著不同花裙子的舞者在旋轉(zhuǎn)跳躍，翩翩起舞。

科學(xué)之力，無(wú)限神奇

萊頓弗羅斯特效應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)中已得到應(yīng)用，比如在計(jì)算機(jī)的散熱系統(tǒng)中，降低冷卻劑的瞬時(shí)蒸發(fā)；比如高溫制造工藝中，防止被加工材料表面被瞬時(shí)損壞。

更吸引眼球的，當(dāng)然是萊頓弗羅斯特效應(yīng)在日常生活中的應(yīng)用——徒手劈鐵水，就是得益于“萊頓弗羅斯特”之力。剛剛洗過(guò)手的皮膚還沾有水滴，在劃過(guò)炙熱的鐵水時(shí)，便會(huì)瞬間形成一個(gè)蒸氣層，起到隔熱的保護(hù)作用。同理，光腳過(guò)炭火也是如此（以上行為，請(qǐng)勿模仿）。

不過(guò)目前，萊頓弗羅斯特效應(yīng)還缺乏成熟的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行控制。相信隨著研究的深入，這個(gè)神奇的效應(yīng)會(huì)帶來(lái)更多神奇的應(yīng)用。