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记者从中国科技大学获悉，中国科学院工程科学研究所和材料力学行为与设计重点实验室的团队研究了固液界面毛细力的微观来源，揭示了液滴接触线的力平衡机理，并从力学角度对杨氏方程进行了合理解释。 《科学日报》记者从中国科技大学获悉，中国科学院工程科学研究所和材料力学行为与设计重点实验室的团队研究了固液界面毛细力的微观来源，揭示了液滴接触线的力平衡机理，并从力学角度对杨氏方程给出了合理的解释。研究结果最近发表在《物理评论快报》上。
1805年，英国科学家托马斯·杨在研究润湿和毛细现象时描述了界面张力和接触角之间的定量关系。200多年来，杨氏方程已经成为润湿领域最基本的理论之一。虽然该方程可以基于热力学能量最小化方法导出，但是研究人员一直致力于从力学角度解释杨氏方程，并验证其在纳米尺度上的有效性。该领域仍有许多关键的科学问题需要解决:一方面，作为控制液滴动力学的关键因素，作用在固-液-气三相接触线上的毛细力在杨氏方程中没有得到清晰的反映，容易与界面张力的概念混淆。另一方面，杨氏方程的验证一直是有争议的，因为在实验中很难精确测量固体、液体和气体之间的界面张力。
针对上述挑战，研究者从微观角度分析了界面张力的物理意义并对其进行了分解，发现了一种定量描述固-液-气三相接触线上毛细力的新方法，进一步阐明了毛细力与界面张力的区别和关系。在此基础上，研究人员建立了一个理论模型来描述液滴接触线上的毛细力平衡，并给出了杨氏方程的力学解释。分子动力学模拟结果验证了该理论。结果还表明，在小接触角条件下，固液界面和液气界面在接触线上重叠，固体表面液体的有序层状结构对毛细作用力有重要影响。
该研究不仅为界面润湿的许多现象提供了新的认识，而且在微纳米流控芯片设计、提高低渗透油藏采收率等应用领域具有重要的科学意义。(记者吴长锋)
责任:叶壮
