2015年3月19日 星期四

水滴共舞不相融 表面張力解謎團

加入食用色素的水滴會在玻片上追逐彼此,就像在跳舞。這樣的現象,是表面張力和蒸發造成的。圖/奈特‧瑟拉
 【記者邱劭晴綜合報導】彩色水滴在玻璃片上翩翩起舞,彷彿擁有意識般與其他水滴互動,構成一幅美麗的景象。美國史丹佛大學(Stanford University, SU)教授馬努‧普拉卡什(Manu Prakash)和另外兩位研究成員,歷經三年終於找出「跳舞水滴」的成因,並於11日發表研究結果。

 研究小組觀察到,加入食用色素的水滴會在玻璃片上移動、追逐彼此,看起來就像在跳舞一樣。成員之一博士生奈特‧瑟拉(Nate Cira)說:「當兩個水滴碰在一起時,人們習慣看到它們融合成更大的水滴。而當我們發現水滴相觸卻不融合,反而繞著彼此在玻片上『跳舞』,這看來是有悖常理的。」

 這些彩色水滴之所以會跳舞,是因為表面張力和蒸發的關係。食用色素裡含有丙二醇,而水的蒸發速度快過丙二醇,表面張力也更大。瑟拉表示,前面被追趕的水滴總是比後面的水滴有著更大的表面張力(擁有更少的丙二醇)。在兩個水滴接觸後,它們之間會交換少量液體,造成前者拉動後者,後者則不斷推動前者,「如果它們的表面張力相同,在接觸時就會融為一體。」

 研究團隊已經為這項發現列出幾個可能的應用領域:清潔、自我組裝以及微流控(一種精確操控範圍在1微米至1毫米之間的微尺度流體技術),但他們難以預測這樣嶄新的事物將來具體會用在何處。

 吸引研究團隊的是跳舞水滴的美以及背後的謎團。另一位博士後研究生亞德里安‧伯努瑟里歐(Adrien Benusiglio)認為這個現象優雅美麗,普拉卡什也認為它美得讓人難以移開目光。瑟拉則表示,作為一位科學家,他碰到無法解釋的事物時,便覺得十分有趣,「多年來我一直無法解釋這個現象,經過許多努力後,我們終於解開了這個謎團。」

 研究小組也在「普拉卡什實驗室」(Prakash Lab)臉書粉絲專頁及推特上傳教學影片,讓一般人在家裡也可以DIY,做出跳舞的有色水滴。

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