科学家开发液滴操控新策略 提高液滴喷洒效果应用于农业和灾难事故冷却

当杀虫剂液滴喷洒到一些农作物，例如荷叶的表面时，液滴就像一个飞行的高尔夫球撞击到地面般，立刻被弹走，只有少量能黏附在叶面上达到灭虫的目的。

在植物叶子等非润湿表面附着的气穴或过热表面的一层蒸汽垫，会形成一个疏液表面，令撞击的液滴反弹，导致农药过度使用、土壤污染和水资源浪费等问题。

香港大学工程学院机械工程系的研究团队开发了一种新型策略，利用微量的润滑剂（小于液滴体积的0.1 %）形成一个覆盖层包围液滴，改变液滴的界面特性，让液滴在疏液表面上也能有效地附着，能大幅提高液滴喷洒的效益。研究结果已发表在《自然通讯》杂志上。

“以高尔夫球为例，包了一层超薄润滑剂的液滴，就像把高尔夫球变成了一个装满水的气球，当水汽球撞击地面时，水会旋转并流动，消耗水汽球的动能，这样一来，气球就不会轻易回弹了。”论文的第一作者、港大机械工程系博士后研究员韩兴博士解释说。

目前要改变液体的界面特性，通常是把特殊聚合物溶解到液滴中。这种聚合物会与液体混合并改变其性质，是不希望见到的副作用。团队提出的新方法，外层的润滑剂不会渗杂到液滴中改变液滴的性质，同时可根据液体的类型，选择无毒的润滑剂作覆盖层，两全其美。

此外，液滴沉积后的状态，可以通过调整覆盖层体积在固定和滑动之间切换，从而在多种疏液表面上实现流体控制。

新技术的另一个潜在应用是喷雾冷却。研究小组估计，新技术可以将喷雾冷却的冷却速度提高四倍，即只需四分之一的水量或时间即可获得相同的冷却效果。

传统喷水冷却过程中，蒸发的水蒸气会在界面上形成屏障，阻止更多水到达热表面，从而大大延迟冷却过程。水滴被高沸点的润滑剂覆盖后，变得不容易蒸发，因此更容易与过热的表面直接接触。

“想像一下通过喷水来冷却厨房中的热锅。使用新技术，水会牢固地沉积在锅上，从而实现快速冷却。”韩博士解释说。

机械工程系热流体科学与工程讲座教授王立秋说：“这对于涉及高温的重大灾难性事件（如火灾或发电厂过热）以及其他工业应用，尤为重要。”获取更多前沿科技 研究进展 访问：https://byteclicks.com