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標題: 最讓水珠站不住腳的塗料 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2023-11-12 12:44 AM 標題: 最讓水珠站不住腳的塗料

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　　不少影視作品善用水滴暗喻流淚。離散的場面哀戚﹐暗夜裡風雨飄搖。雨絲打在窗上﹐衝擊著觀眾敏感的心。主觀鏡頭宛如主角的目光透過玻璃望向遠方。可是任誰都無法忽略﹐前景那一顆在表面移動的雨滴﹐默默地﹑緩緩地滑到一半止住了。雨過天晴﹐窗外的玫瑰花瓣托著晨露﹐晶瑩剔透﹐水珠怎麼飽滿﹐也沒溜下來。如此揪心的情緒渲染﹐倘若換作荷葉或鐵氟龍鍋具﹐效果肯定蕩然無存。稍稍傾斜﹐便把持不住一滴﹐三兩下流得乾乾淨淨﹐不著痕跡。於是被騙得一把鼻涕一把淚的觀眾﹐拭乾雙眼﹐體會刻骨銘心﹕摩擦力大的表面﹐即使垂直﹐水滴也可能攀附﹔摩擦力小則些微的斜度﹐就會流失水滴。
　　想留住水滴﹐就如同要挽回即將離去的戀人﹐免不了得談客觀條件。芬蘭阿爾託大學(Aalto University)和於韋斯屈萊大學(University of Jyvaskyla)合作的團隊﹐在《自然化學》(Nature Chemistry)期刊上﹐介紹新創塗料時﹐列出下面4個影響水滴流動的要素﹕
接觸線摩擦力(contact line friction)﹕受到水滴的大小﹑表面張力﹑接觸面的形狀﹐以及水滴後退角(receding contact angle)與前進角(advancing contact angle)(如下圖)的差距所影響。接觸線摩擦力是這裡羅列的項目中﹐唯一會導致靜摩擦力(static friction)﹐阻礙移動發生的力量。接下來的幾個﹐都是在水滴已經開始移動後﹐才會出現。
黏滯耗散(viscous dissipation)﹕流動的過程中﹐其黏性將部份動能﹐不可逆地轉換成熱能。
氣阻(air resistance)﹕通過氣體的時候﹐氣流對其表面產生的阻力。
靜電力(electrostatic forces)﹕某些物體相互摩擦後會帶電﹐因而有推或拉的力量。當水滴在疏水性的表面上移動﹐引發電荷分離(charge separation)﹐水滴通常帶正電﹐該表面則帶負電。靜電力對斜面上水滴下滑速度的影響﹐甚至可以超過重力。
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　　水滴對固體表面的依附﹐使它處處惹人嫌。比方說﹐在汽車的擋風玻璃﹐以及先進駕駛輔助系統的鏡頭上﹐會妨礙視線﹐干擾行車安全。常言道﹕「所有感情問題﹐一律建議分手。」研究團隊所開發的塗料﹐要能有效減少物體表面的接觸線摩擦力﹐使水滴在上頭「站不住腳」。過往的研究認為﹐關鍵是降低形貌或化學的異質性。
　　研究團隊調節時間﹑溫度和水份等變因﹐讓疏水性的辛基三氯矽烷(octyltrichlorosilane)﹐在親水性的二氧化矽(SiO2)板上﹐自然「生長」成自組裝單層膜(self-assembled monolayer)。無論這層膜在矽板上的密度低﹐也就是表面大多都是二氧化矽﹔或者密度高﹐即辛基三氯矽烷佔多數﹐都可以視為異質性低的情形。反之﹐若表面密度中等﹐則異質性高。理論上異質性低對削弱接觸線摩擦力有幫助﹐但是研究團隊認為塗料密度低的時候﹐表面親水性過高﹐效果可能不彰。
　　然而實驗結果有些出乎意料。當這層膜在矽板上的表面密度較低﹐水竟然自由地於塗料的分子間流動﹐很容易滴落﹔而表面密度高時﹐水則停留在塗料上面﹐也可以輕易滑下來。唯有介於兩者之間﹐水才會緊巴著矽板。
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　　芬蘭研究團隊的成品﹐應該是目前全世界最滑溜的塗料﹐防潑水的能力超級好。麻煩的是厚度太薄﹐耐用性有待提升。將來如果成功改善﹐有望廣泛運用於除冰﹑抗霧﹑暖氣管線等諸多方面。

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