城大突破兩世紀謎題 首次發現可調控液體的鋪展方向

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香港城市大學(城大)的科學家從大自然中獲得啟發,發現不同液體在同一材料表面的流向是可調控的,解開兩個世紀以來一直懸而未決的謎題。 

城大的突破發現,不僅豐富了對固液表界面的認識,也將為工業界多方面帶來深遠影響,如流體設計及強化傳熱。

由城大機械工程學系講座教授王鑽開教授領導的研究團隊,在南洋杉葉上發現意想不到的液體流動行為,故仿照南洋杉葉的自然結構,設計出具有3D鋸齒的仿南洋杉表面(ALIS)原型,再在上面置放不同混合比例的乙醇(酒精)和水,因表面張力不同,液體分成三個方向流動:前、後、雙向。

研究結果剛於權威科學期刊《科學》上發表,題為「3D毛細鋸齒引發的液體自主擇向」。

「根據常規認知,液體流動方向主要由物料表面結構決定,與液體特性如表面張力無關。」王教授說:「我們的研究首次展示可控制液體傳輸方向,成功解開自1804年以來在表面與界面科學領域的難題。」 

團隊發現鋸齒的結構與尺寸,特別是鋸齒尖端向內彎的勾狀結構、鋸齒尖端之間的距離,均是控制液體流向的關鍵。

團隊發現,對表面張力高的液體如水,表面張力會將液體固定在3D鋸齒的尖端,而由於鋸齒尖端的間距與液體的毛細長度(以毫米計)相若,液體可以逆鋸齒傾斜的方向向後倒流。相反,表面張力低的液體如乙醇,其表面張力成了驅動力,令液體順著鋸齒傾斜的方向向前流動。可見適當設計新型的毛細鋸齒,能營造足夠空間令液體「選擇」流向。王教授說:「我們觀察到不同液體向多個方向流動,就像魔術一樣。這是科學界首次紀錄到的現象。」

更有趣的是,實驗發現水和乙醇的混合液體,若水的比例恰當,會同時以雙向流動。王教授說:「混合不同比例的水和乙醇,可得出不同表面張力的液體,由此可操控液體的流向。」是次發現可為液體的高效操控,尤其是結構誘導引導的無源操縱提供有效策略。

王教授是論文的通訊作者。曾獲王教授擔任博士後導師、現為大連理工大學副教授的馮詩樂博士,以及城大機械工程學系助理教授朱平安博士是共同第一作者。其他合著作者還有城大生物醫學系副教授姚希博士、城大機械工程學系博士後鄭煥璽博士、來自大連理工大學的詹海洋陳琛劉亞華教授,以及香港大學機械工程系王立秋教授及博士後李加乾博士

新聞界查詢:城大傳訊及公關處蔡惠華(電話:3442 6403或6012 0695)

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