一滴水的“蒸氣懸浮術(shù)”

“熱鍋冷油”是一種中餐特有且常見的烹飪技巧，廚師通常在燒干的鍋底灑少許水來(lái)檢測(cè)溫度，當(dāng)水珠能在滾燙的鑄鐵表面跳起舞來(lái)，便可下入冷油，達(dá)到不易粘鍋的效果。其實(shí)，這背后還潛藏著一個(gè)物理學(xué)小知識(shí)——萊頓弗羅斯特效應(yīng)。

1756年，德國(guó)醫(yī)生萊頓弗羅斯特在治療病人時(shí)觀察到，當(dāng)水滴接觸到極度高溫的表面時(shí)，并不會(huì)立即沸騰。相反，水滴會(huì)在熱表面形成一層隔熱的“蒸汽墊”，暫時(shí)懸浮，并在這層“蒸汽墊”上發(fā)生爆炸性沸騰，持續(xù)“滑行”。這一現(xiàn)象仿佛是水在極端高溫下的一種自我保護(hù)機(jī)制，顯得異常奇妙。萊頓弗羅斯特將這一發(fā)現(xiàn)詳細(xì)記錄在自己的研究論文《論普通水的性質(zhì)》中，由此，這一現(xiàn)象被命名為“萊頓弗羅斯特效應(yīng)”。

在接下來(lái)的數(shù)個(gè)世紀(jì)中，關(guān)于萊頓弗羅斯特效應(yīng)的研究持續(xù)深入。科學(xué)家逐漸揭示，不僅是水，許多其他液體在高溫下也能形成類似的蒸氣層，使得液滴能夠懸浮其上。埃默里大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過開發(fā)一項(xiàng)新技術(shù)，成功確定了“萊頓弗羅斯特溫度”，證實(shí)蒸氣層在大約240℃時(shí)形成，并在大約140℃時(shí)消失。這一研究成果為物理學(xué)在航空航天、材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)。

以我國(guó)的長(zhǎng)征F遙運(yùn)載火箭為例，它通過燃燒液氧、液氫、液甲烷等低溫推進(jìn)劑來(lái)釋放能量，產(chǎn)生氣體，推動(dòng)火箭升空。這些低溫推進(jìn)劑在火箭中扮演著類似導(dǎo)彈中火藥的角色。但也存在一個(gè)致命問題：低溫推進(jìn)劑的沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于室溫，若直接泵入，可能導(dǎo)致火箭貯箱在熱狀態(tài)下急劇冷卻，引發(fā)超壓和材料損壞等問題。為了提高發(fā)射的可靠性和效率，低溫推進(jìn)劑泵入火箭前，必須先經(jīng)“預(yù)冷”降溫，而“預(yù)冷”的時(shí)間越短，越有利于火箭“彈射起步”。因此，科學(xué)家在輸送管道內(nèi)壁噴涂了一層低導(dǎo)熱涂層，從而縮小萊頓弗羅斯特效應(yīng)的作用空間，以縮短“預(yù)冷”的時(shí)間。

除此之外，基于萊頓弗羅斯特效應(yīng)能使液滴借助自身的“蒸汽墊”在滾燙的表面上跳動(dòng)的現(xiàn)象，研究材料工程的科學(xué)家還發(fā)明出了超級(jí)防水技術(shù)。他們通過放大萊頓弗羅斯特效應(yīng)，增強(qiáng)水珠因“蒸汽墊”懸浮跳動(dòng)的效果，從而達(dá)到疏水的目的。近年來(lái)，這項(xiàng)研究正廣泛應(yīng)用于建筑外墻涂料、玻璃及屋頂材料中，強(qiáng)化它們防水防污的效果，使人們居住的房子能更好地抵御惡劣天氣的侵襲。

事實(shí)上，萊頓弗羅斯特效應(yīng)距離我們的生活并不遙遠(yuǎn)。運(yùn)動(dòng)受傷后的低溫療法采用的液氮溫度低至-196℃，人體在其中卻不會(huì)被凍傷，正是因?yàn)槿R頓弗羅斯特效應(yīng)形成的蒸氣層起到了隔溫效果。電影、廣告中時(shí)常見到水滴、牛奶、紅酒等液體在某個(gè)平面上“跳舞”，大多也是利用萊頓弗羅斯特效應(yīng)創(chuàng)造出的視覺效果。曾幾何時(shí)，奔波勞碌的母親于廚房中大展身手，常常熟稔地在高溫?zé)徨佒型绞植僮鳎拌F砂掌”的秘訣也是因?yàn)槿R頓弗羅斯特效應(yīng)中蒸氣層能隔熱……

萊頓弗羅斯特效應(yīng)在科學(xué)研究乃至日常生活中的廣泛應(yīng)用，對(duì)于人類社會(huì)而言具有深遠(yuǎn)意義。從廚房的熱鍋到火箭的發(fā)射，從建筑材料的革新到醫(yī)療領(lǐng)域的突破，萊頓弗羅斯特效應(yīng)跨越了時(shí)間的長(zhǎng)河，連接了不同領(lǐng)域的知識(shí)，成為人類探索未知、創(chuàng)造美好生活的強(qiáng)大工具。