在天花板上作画,怎样让颜料不滴落
500多年前,在西斯廷教堂高高的脚手架上,意大利文艺复兴巨匠米开朗基罗仰着头,一笔一画在教堂天花板上绘制《创造亚当》。这幅壁画现在已成传世名作,但米开朗基罗的创作过程却充满痛苦——颜料一滴一滴落在他脸上甚至眼睛里。
液体在天花板上会形成一层薄薄的液膜,在重力作用下,这层薄膜会逐渐变得不稳定,最终滴落下来。这就像人们洗澡时,浴室天花板上凝结的水蒸气会先形成一层薄薄的水膜,然后逐渐聚集成小水滴,最终在重力作用下滴落。
科学界长期以来认为,只要有重力存在,这种名为瑞利-泰勒不稳定性的现象就不可避免。
如今,韩国科学技术院金亨洙团队在最新一期《先进科学》杂志上提出了一种巧妙方法来解决这一难题:在液体中加入少量挥发性成分。这背后的关键是一种叫马兰戈尼效应的现象。
我们可以通过一个生活小实验来理解:准备一碗清水,在水面均匀撒些胡椒粉,这些胡椒粉会保持漂浮状态。然而,当你在胡椒粉中央滴下一滴洗洁精,就会看到胡椒粉迅速向碗边“逃散”。这是因为洗洁精降低了接触点的表面张力,而周围表面张力较高的区域就会把液体向外拉。
新方法与此有异曲同工之处:在颜料中加入挥发性液体后,随着挥发性成分蒸发,液体表面的物质浓度分布发生变化。实验结果显示,在某些条件下,即使有重力作用,液膜依然完好无损。
有了这一发现,在精密涂层工艺中,工程师可以在倾斜表面获得均匀的薄膜;在电子电路打印中,科学家可以精确控制墨水不扩散;在3D打印中,每一层材料都能够精准堆叠;甚至太空微重力环境中的流体控制也有望从这项研究中受益。
(《科技日报》3.20 刘霞)