COVID-19 Impact on Pharmaceutical Packaging in Chemicals and Materials Industry

沙堡背后的科学原理是什么?

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  • 2021 年 1 月 29 日

最终,研究人员成功解答了这个老问题:为什么毛细管凝结总是难以观察到,为什么它从根本上来说是一种涉及几层水的微观现象,以及它是如何如此稳定的。它是物理定律还是某种一直在发生的神奇幻想。很难用微观方程和本体水的宏观特性来合理地描述它。在多孔物质和材料内部,由于其中存在的孔隙,水蒸气不断开始凝结,水蒸气通常来自沉淀和凝结的环境空气。由于液体层只有几个分子厚,这种普遍存在的现象在某些地方缺乏理解和认识。

曼彻斯特大学的研究人员由诺贝尔奖得主安德烈·海姆 (Andre Geim) 领导,他与科斯特亚·诺沃肖洛夫 (Kostya Novoselov) 于 10 年前的本月获得了诺贝尔物理学奖,他们制造出了足够小的人造毛细血管,使水蒸气可以在正常的环境条件下凝结在其中。研究人员制造的这些人造毛细血管尺寸非常小,其目的正是由于水蒸气的尺寸。

说到毛细凝聚现象,教科书上说的毛细凝聚过程在我们周围的世界中无处不在,这种重要的特性你们在学生时代一定学过,而且地球上几乎每个生物在日常生活中都会用到。毛细凝聚对摩擦、粘附、静摩擦、润滑和腐蚀等特性有很大影响。在大多数工艺过程中,这种现象很重要,微电子、制药、食品和其他行业都会用到它,甚至孩子和家人也无法在山毛榉上建造沙堡。如果自然界中没有这种毛细凝聚过程,他们就无法实现拥有自己家园的梦想。从科学上讲,它由具有 150 年历史的开尔文方程描述,该方程已被证明是完全正确的,即使对于小到 10 纳米的毛细血管也非常可靠,这几乎相当于人类头发的数千根宽度。在室温下,或者说在非常正常的条件下,即 30% 到 50% 的情况下,如果要发生冷凝,毛细管的尺寸应该会发生变化,并且应该减小 1 纳米。这与水分子的尺寸相当,但非常小。