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方程|中、英科学家建立纳米尺度下的“毛细凝聚”新理论

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新华社合肥12月10日电（采访人员徐海涛）雨滴落在荷叶上为何会形成小水珠？墨水为何会被引导到钢笔的笔尖上？水在不同的介质与环境下表现出多种特性 。 近期 ， 中国科学技术大学王奉超教授与诺贝尔物理学奖得主、英国曼彻斯特大学安德烈·海姆教授及其团队合作 ， 研究揭示了固液界面能的尺寸效应 ， 修正了物理学中经典的开尔文方程 ， 建立了纳米尺度下的毛细凝聚新理论 。
受表面张力和弯曲界面的影响 ， 水在狭小的通道内更容易凝聚：在分压还没达到饱和蒸气压的时候 ， 水就凝聚了 ， 这就是毛细凝聚现象 。 约150年前 ， 物理学家威廉·汤姆逊（后来被册封为开尔文勋爵）定量描述了凝聚压强的变化 ， 该理论后来被称为开尔文方程 。
然而 ， 当通道直径缩小到水分子大小相当的尺寸时 ， 由于实验观测难度大 ， 开尔文方程里采用的弯月面曲率、接触角等概念难以被准确定义 。 如何在纳米尺度下修正开尔文方程 ， 一直是国际学界关心的问题 。
【方程|中、英科学家建立纳米尺度下的“毛细凝聚”新理论】近期 ， 中英联合研究团队利用二维材料构筑的纳米通道器件开展实验 ， 他们巧妙地通过壁面变形来表征毛细凝聚现象 ， 并对实验结果和力学机理给出合理解释 。 王奉超教授研究揭示了固液界面能的尺寸效应 ， 发现了在纳米或亚纳米尺度的毛细凝聚中 ， 是固液界面的力学作用在扮演重要角色 ， 而不是人们普遍认为的液气界面在起主导作用 。
据此 ， 他们建立了纳米尺度下的毛细凝聚新理论 ， 修正了经典的开尔文方程 ， 并将方程适用性拓展到亚纳米尺度 。 该研究不仅为理解极限尺度下毛细凝聚现象奠定了基础 ， 在微电子、制药、食品等行业也具有重要应用前景 。
12月10日 ， 国际著名学术期刊《自然》发表了这项研究成果 。
来源：新华网

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