当水滴落在热锅上时，它在表面上舞动，像一艘微型气垫船一样在薄薄的蒸汽层上滑行；这被称为莱顿弗罗斯特效应。但现在，研究人员知道当热水滴落在凉爽的表面上时会发生什么。这些新的发现表明，热的燃烧水滴可以在凉爽的表面上弹跳，受到底部形成的一层薄空气的推动。这个现象可能会激发新的策略来减缓火灾的传播并提高发动机效率。
当水滴落在热锅上时，它在表面上舞动，像一艘微型气垫船一样在薄薄的蒸汽层上滑行；这被称为莱顿弗罗斯特效应。但现在，研究人员知道当热水滴落在凉爽的表面上时会发生什么。这些新的发现，发表在3月3日的Cell Press期刊Newton上，表明热的燃烧水滴可以在凉爽的表面上弹跳，受到底部形成的薄空气层推动。这个现象可能会激发新的策略来减缓火灾的传播并提高发动机效率。
“我们开始时提出了一个非常基础的问题：当燃烧的水滴撞击固体表面时会发生什么？”来自中国香港城市大学的高级作者朱平安说。
为了更好地理解热量如何影响水滴行为，朱和他的团队在实验中使用了十六烷，这是一种具有燃料特性的油性液体。他们将室温、加热（120°C/248°F）和燃烧的水滴滴在不同的表面上，这些表面有些光滑，有些磨损，有些具备液体拒斥性。研究小组预期室温的水滴在接触时会粘附在所有表面上。但加热和燃烧的水滴则会弹跳，表明热量是关键因素。
借助高速相机和热成像相机，以及计算机模型，研究小组捕捉到了水滴的运动。他们发现，当热水滴接近室温表面时，底部的冷却速度比顶部快。这种温差引起了水滴内部的流动，其中较热的液体从边缘流向底部，并带动空气一起流动。那股空气在水滴的底部形成了一层薄薄的、看不见的缓冲层，防止了水滴与表面接触，从而使其能够反弹回去。作者指出，虽然温度分布在此过程中至关重要，但其他因素也可能起一定作用。
“理解热水滴为何会弹跳不仅仅出于好奇——它可能具有现实世界的应用，”朱说。”如果燃烧的水滴无法粘附在表面上，它们就无法点燃新材料，也就无法让火灾蔓延。”
通过将热水滴的弹跳行为与液体拒斥涂层相结合，团队探讨了这些发现的潜在应用。他们证明了燃烧的水滴在液体拒斥塑料薄膜上浮在薄薄的空气垫上，防止了直接接触。与裸塑料相比，这种涂层将水滴与表面接触的面积减少了四倍以上，而裸塑料在接触燃烧的水滴时会变形并受到火灾损伤。
团队还在发动机中研究了这一现象。他们发现，当燃料水滴附着在表面上时，它们燃烧效率低下，留下未燃烧的残留物，浪费能量。但在一个带有液体拒斥涂层的发动机模型中，水滴变得珠状并完全燃烧。这些发现可能会导致更好的防火材料和更高效的发动机。
“我们的研究可以帮助保护易燃材料，例如纺织品，免受燃烧水滴的影响，”朱说。”将火灾限制在更小的区域、减缓其传播可能会给消防员更多时间扑灭火灾。”
这项工作得到了香港研究资助局、中国香港城市大学、中国国家自然科学基金和香港研究资助局的财务支持。
