中英科學家建立納米尺度下的“毛細凝聚”新理論

新華社合肥12月10日電（記者徐海濤）雨滴落在荷葉上為何會形成小水珠？墨水為何會被引導到鋼筆的筆尖上？水在不同的介質與環境下表現出多種特性。近期，中國科學技術大學王奉超教授與諾貝爾物理學獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授及其團隊合作，研究揭示了固液界面能的尺寸效應，修正了物理學中經典的開爾文方程，建立了納米尺度下的毛細凝聚新理論。

受表面張力和彎曲界面的影響，水在狹小的通道內更容易凝聚：在分壓還沒達到飽和蒸氣壓的時候，水就凝聚了，這就是毛細凝聚現象。約150年前，物理學家威廉·湯姆遜（後來被冊封為開爾文勳爵）定量描述了凝聚壓強的變化，該理論後來被稱為開爾文方程。

然而，當通道直徑縮小到水分子大小相當的尺寸時，由於實驗觀測難度大，開爾文方程裏採用的彎月面曲率、接觸角等概念難以被準確定義。如何在納米尺度下修正開爾文方程，一直是國際學界關心的問題。

近期，中英聯合研究團隊利用二維材料構築的納米通道器件開展實驗，他們巧妙地通過壁面變形來表徵毛細凝聚現象，並對實驗結果和力學機理給出合理解釋。王奉超教授研究揭示了固液界面能的尺寸效應，發現了在納米或亞納米尺度的毛細凝聚中，是固液界面的力學作用在扮演重要角色，而不是人們普遍認為的液氣界面在起主導作用。

據此，他們建立了納米尺度下的毛細凝聚新理論，修正了經典的開爾文方程，並將方程適用性拓展到亞納米尺度。該研究不僅為理解極限尺度下毛細凝聚現象奠定了基礎，在微電子、製藥、食品等行業也具有重要應用前景。

12月10日，國際著名學術期刊《自然》發表了這項研究成果。