本帖最后由 我是明仔 于 2015-3-8 21:39 编辑
很多人想不明白究竟为什么打完蜡或者做了其他保护产品的车漆会令水变成珠状停留在油漆表面？趁着今天心血来潮。写下这篇水珠的形成机理的文章。
PS：本人并非科研人员，知识都是从书籍和网络上面吸收并应用的。可能文章内有些欠缺科学严谨性的言语，请多多纠正。
首先引用的是莲叶，莲叶，莲，出于污泥而不染。神创造万物，莲花总是着给人神圣、圣洁的感觉。因为它真的非常干净！拥有自洁性。
那么，到底是什么那么神奇，水滴在上面，水滴会自动缩起来，变成珠状的呢？
为什么荷叶上的水珠是球形，可以滚来滚去，有的叶子上却很扁，乖乖的呆在一个地方不动呢？让我们看看下面这幅图：
[p=26, null, left]一滴水在固体表面上，整个图中有三个界面。红色的是固体和水的界面，蓝色的是固体和空气的界面，黑色的是水和空气的界面。黑色的的那个界面是弯曲的，我们从红色黑色和蓝色交界的地方沿着黑色曲面的方向画一条绿色切线。在红线和绿线之间有个夹角，它叫作“接触角”。[/p][p=26, null, left]如果接触角很大，是什么样子呢？[/p][p=26, null, left]浏览附件34623[/p][p=26, null, left]
[/p][p=26, null, left]
[/p][p=26, null, left]水与物表的接触状态大概有以下若干种情况。所以能称得上水珠的，夹角只能90°以上。[/p][p=26, null, left]
[/p]
[p=26, null, left]当接触角很大的时候，水珠就呈现球形，水和叶子接触的地方（相当于上面这幅图中的红线）非常小，接触面积小摩擦力小，水就不会再一个地方呆着，整个水珠就可以滚来滚去。[/p][p=26, null, left]为什么荷叶的接触角这么大？
[/p][p=26, null, left]莲叶表面的化学组成为蜡。一般而言，水在一般的腊上接触角为110度，但是水在莲叶的接触角却大于140度，所以除了腊之外，可能还有其它因素使水在莲叶上的接触角大于140度。那到底还有什么因素呢？荷叶表面，有着什么样的秘密呢？下面是用电子扫描显微镜“看”到的荷叶表面。[/p]
[p=26, null, left]荷叶表面拥有很多奇怪的凸点。荷叶表面原来非常的粗糙！突然记起这个never-wet的帖子，这个超抗水材料的表面也是十分粗糙的。右边的照片上的标度是20微米（微米是千分之一毫米），也就是说，荷叶表面布满了大小在几微米到十几微米之间的突起。每个突起上还布满了更小的突起，或者说细毛。荷叶的超强疏水性，跟这种超微结构有关。为什么这样的“粗糙”结构就能产生超强的疏水性呢？我们来看下面的图：[/p]
[p=26, null, left]对于一个疏水的固体表面来说，当表面不平有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，水与固体的接触面积会大大减小。具体的数学推导在这里就省略了，总之，科学家们已经证明：当疏水表面上有这种微细突起的时候，固体表面的接触角会大大增加。在荷叶上，水与叶面的接触角会大于140度，只要叶面稍微倾斜，水珠就会自由的在荷叶上自由滚动。[/p][p=26, null, left]良好的泼水性其实很多人不明白究竟有什么用？只是为了在洗车的时候，感觉起来比较好玩？实际上不是的，它提供一个自洁性！正因为它能够自我清洁，莲叶才不被那些孢子、真菌、细菌等等的微生物侵染。[/p][p=26, null, left]再来看下面这张图片，这就是莲花的自洁能力简单的原理图。水珠夹角越小，越不能带走污染。自洁性就差了。很奇怪，为什么粗糙面上面反而不沾水？[/p]
[p=26, null, left]这个莲叶表面放大很多倍之后，它的表面是令人觉得恶心的，小明弟弟我有点密集恐惧症。看见这种图片就头皮发麻。但这个并不能成为阻止我去了解真相的理由。[/p]
[p=26, null, left]这些奇怪的“乳头”，完全没有可爱的样子。但为什么水珠在这些密集的“乳头”能像男人一样挺立起来呢？ 1.gif "(8) 1 {:5_280:}")
[/p][p=26, null, left]这里才是本帖最难理解的地方。知道动物有血就够了？难道不想知道这些血是怎样为动物的生命作贡献的？[/p][p=26, null, left]再来看这个图。首先引用伟大的阿尔伯特·爱因斯坦的相对论，当然这是广义相对论。E=MC^2非常著名的质能程式。不要说应用它，单单是理解都需要花很长的时间。这么摆弄爱恩斯坦的质能程式，似乎不太尊重科学。也会吓跑很多的蜡友。我们来点容易理解的。[/p]
[p=26, null, left]水的最表面接触的是空气，表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，处于液体表面层的分子较为稀薄，其分子间距较大，液体分子之间的引力大于斥力，合力表现为平行于液体界面的引力。表面张力是物质的特性，其大小与温度和界面两项物质的性质是有关的。回顾上图，下方橙色的凸点，凸点左右相邻的空间，我们看出是存在这空气的。水的表面层，它比球体内部的密度要低。因为微观角度之下，分子间存在着斥力以及引力，额~~突然灵感闪现，这样来理解吧！弹簧，你压缩它时。它会抗拒你的压缩时的力量，但你拉长的时候，它却会因为你的拉扯力量而回缩。这样比较好理解分子之间的牵引力和斥力。和磁铁并不相同。为什么水的表面层，注意！为什么叫做表面层？因为表面是指水，水分子密度均匀的水面层，表面层是指水分子不停汽化而导致最表层的水分子数量变少，所以外层水分子的密度是比水珠内部的更低。相同体积下，密度变小，分子间距空间就拉大了，物质为了维持相互的空间距离，而不得不相互牵引并压缩体积以平衡物质的状态，水珠形成的同时，水的表层密度其实已经变得和内部基本一致了。因为凸点之间存在空气，而空气是难溶于水的。也就是说假如一个物体表面很大一部分是空气，非空气的凸出物占一部分，整个表面都不能是微观上平整的（指的是微米、或是纳米级），那么这个很容易就让水变成珠状。[/p][p=26, null, left]
[/p][p=26, null, left]
[/p][p=26, null, left]汽车油漆最有趣的就是：可以用各种各样成分的产品施涂于表面，让油漆表层的物理微结构发生改变，让它驱水、或泼水自洁。[/p]液体滴在固体表面上的接触角主要决定于固体和液体的表面能以及液体和固体的界面能，液体滴在固体表面受到下列平衡力的作用，三相交界点的合力为零。
[p=26, null, left]其实可以根据水珠逆向推算出固体或液体以及气体界面的表面能。[/p][p=26, null, left]根据湿润程式young：ＹＳＬ－Ｙｓ＋ＹＬＣＯＳθ＝０；[/p][p=26, null, left]式中：；ＹＳ固体与气体界面的表面能（即固体的表面能）；；ＹＬ＿液体与气体界面的表面能（即液体的表面能）；；Ｙｓ液体与固体界面的表面能；由润湿方程可知，即固体表面能越大，水珠越塌，表面能越小，水珠越挺立。[/p][p=26, null, left]不好意思，本帖到这里为止，可能都是难以让蜡友们理解的。但科学上的理论，都尽量做到严谨，虽然个人水平原因可能有疏漏的地方。但总的来说都是尽力地去解释了。表面能，[/p][p=26, null, left]其实不难理解表面能，[/p]产生单位面积新表面所作的功： y=dw/ds
例如：你的东西放时间长了会发现有灰尘，因为灰尘附着降低了你的物体的表面积，从而降低了物体的表面能，物质能量都有自动趋向降低，保持稳定的特点。很好理解。所以微观角度看（纳米或接近纳米级别的），越平整的表面，它的表面能越大。
结语：泼水、亲水、驱水，为什么？反光的油漆，为什么？深邃的倒影，为什么？其实万物的各种形形式式都可以用科学来分析解答。这只在乎我们是否愿意沉迷于此！这篇文章可以比较散乱，也需要有一定物理功底的人才能弄明白。每一次发表这样的帖子，其实我最期待就是遇到那些真正能对得上话的朋友。买什么洗车机、白色车用什么蜡等等的问题其实有点让我哭笑不得。非常希望可以日益提升论坛讨论内容的水平。
很多人想不明白究竟为什么打完蜡或者做了其他保护产品的车漆会令水变成珠状停留在油漆表面？趁着今天心血来潮。写下这篇水珠的形成机理的文章。
PS：本人并非科研人员，知识都是从书籍和网络上面吸收并应用的。可能文章内有些欠缺科学严谨性的言语，请多多纠正。
首先引用的是莲叶，莲叶，莲，出于污泥而不染。神创造万物，莲花总是着给人神圣、圣洁的感觉。因为它真的非常干净！拥有自洁性。
那么，到底是什么那么神奇，水滴在上面，水滴会自动缩起来，变成珠状的呢？
为什么荷叶上的水珠是球形，可以滚来滚去，有的叶子上却很扁，乖乖的呆在一个地方不动呢？让我们看看下面这幅图：
[p=26, null, left]一滴水在固体表面上，整个图中有三个界面。红色的是固体和水的界面，蓝色的是固体和空气的界面，黑色的是水和空气的界面。黑色的的那个界面是弯曲的，我们从红色黑色和蓝色交界的地方沿着黑色曲面的方向画一条绿色切线。在红线和绿线之间有个夹角，它叫作“接触角”。[/p][p=26, null, left]如果接触角很大，是什么样子呢？[/p][p=26, null, left]浏览附件34623[/p][p=26, null, left]
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[/p][p=26, null, left]莲叶表面的化学组成为蜡。一般而言，水在一般的腊上接触角为110度，但是水在莲叶的接触角却大于140度，所以除了腊之外，可能还有其它因素使水在莲叶上的接触角大于140度。那到底还有什么因素呢？荷叶表面，有着什么样的秘密呢？下面是用电子扫描显微镜“看”到的荷叶表面。[/p]
[p=26, null, left]荷叶表面拥有很多奇怪的凸点。荷叶表面原来非常的粗糙！突然记起这个never-wet的帖子，这个超抗水材料的表面也是十分粗糙的。右边的照片上的标度是20微米（微米是千分之一毫米），也就是说，荷叶表面布满了大小在几微米到十几微米之间的突起。每个突起上还布满了更小的突起，或者说细毛。荷叶的超强疏水性，跟这种超微结构有关。为什么这样的“粗糙”结构就能产生超强的疏水性呢？我们来看下面的图：[/p]
[p=26, null, left]对于一个疏水的固体表面来说，当表面不平有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，水与固体的接触面积会大大减小。具体的数学推导在这里就省略了，总之，科学家们已经证明：当疏水表面上有这种微细突起的时候，固体表面的接触角会大大增加。在荷叶上，水与叶面的接触角会大于140度，只要叶面稍微倾斜，水珠就会自由的在荷叶上自由滚动。[/p][p=26, null, left]良好的泼水性其实很多人不明白究竟有什么用？只是为了在洗车的时候，感觉起来比较好玩？实际上不是的，它提供一个自洁性！正因为它能够自我清洁，莲叶才不被那些孢子、真菌、细菌等等的微生物侵染。[/p][p=26, null, left]再来看下面这张图片，这就是莲花的自洁能力简单的原理图。水珠夹角越小，越不能带走污染。自洁性就差了。很奇怪，为什么粗糙面上面反而不沾水？[/p]
[p=26, null, left]这个莲叶表面放大很多倍之后，它的表面是令人觉得恶心的，小明弟弟我有点密集恐惧症。看见这种图片就头皮发麻。但这个并不能成为阻止我去了解真相的理由。[/p]
[p=26, null, left]这些奇怪的“乳头”，完全没有可爱的样子。但为什么水珠在这些密集的“乳头”能像男人一样挺立起来呢？
[/p][p=26, null, left]这里才是本帖最难理解的地方。知道动物有血就够了？难道不想知道这些血是怎样为动物的生命作贡献的？[/p][p=26, null, left]再来看这个图。首先引用伟大的阿尔伯特·爱因斯坦的相对论，当然这是广义相对论。E=MC^2非常著名的质能程式。不要说应用它，单单是理解都需要花很长的时间。这么摆弄爱恩斯坦的质能程式，似乎不太尊重科学。也会吓跑很多的蜡友。我们来点容易理解的。[/p]
[p=26, null, left]水的最表面接触的是空气，表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，处于液体表面层的分子较为稀薄，其分子间距较大，液体分子之间的引力大于斥力，合力表现为平行于液体界面的引力。表面张力是物质的特性，其大小与温度和界面两项物质的性质是有关的。回顾上图，下方橙色的凸点，凸点左右相邻的空间，我们看出是存在这空气的。水的表面层，它比球体内部的密度要低。因为微观角度之下，分子间存在着斥力以及引力，额~~突然灵感闪现，这样来理解吧！弹簧，你压缩它时。它会抗拒你的压缩时的力量，但你拉长的时候，它却会因为你的拉扯力量而回缩。这样比较好理解分子之间的牵引力和斥力。和磁铁并不相同。为什么水的表面层，注意！为什么叫做表面层？因为表面是指水，水分子密度均匀的水面层，表面层是指水分子不停汽化而导致最表层的水分子数量变少，所以外层水分子的密度是比水珠内部的更低。相同体积下，密度变小，分子间距空间就拉大了，物质为了维持相互的空间距离，而不得不相互牵引并压缩体积以平衡物质的状态，水珠形成的同时，水的表层密度其实已经变得和内部基本一致了。因为凸点之间存在空气，而空气是难溶于水的。也就是说假如一个物体表面很大一部分是空气，非空气的凸出物占一部分，整个表面都不能是微观上平整的（指的是微米、或是纳米级），那么这个很容易就让水变成珠状。[/p][p=26, null, left]
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[p=26, null, left]其实可以根据水珠逆向推算出固体或液体以及气体界面的表面能。[/p][p=26, null, left]根据湿润程式young：ＹＳＬ－Ｙｓ＋ＹＬＣＯＳθ＝０；[/p][p=26, null, left]式中：；ＹＳ固体与气体界面的表面能（即固体的表面能）；；ＹＬ＿液体与气体界面的表面能（即液体的表面能）；；Ｙｓ液体与固体界面的表面能；由润湿方程可知，即固体表面能越大，水珠越塌，表面能越小，水珠越挺立。[/p][p=26, null, left]不好意思，本帖到这里为止，可能都是难以让蜡友们理解的。但科学上的理论，都尽量做到严谨，虽然个人水平原因可能有疏漏的地方。但总的来说都是尽力地去解释了。表面能，[/p][p=26, null, left]其实不难理解表面能，[/p]产生单位面积新表面所作的功： y=dw/ds
例如：你的东西放时间长了会发现有灰尘，因为灰尘附着降低了你的物体的表面积，从而降低了物体的表面能，物质能量都有自动趋向降低，保持稳定的特点。很好理解。所以微观角度看（纳米或接近纳米级别的），越平整的表面，它的表面能越大。
结语：泼水、亲水、驱水，为什么？反光的油漆，为什么？深邃的倒影，为什么？其实万物的各种形形式式都可以用科学来分析解答。这只在乎我们是否愿意沉迷于此！这篇文章可以比较散乱，也需要有一定物理功底的人才能弄明白。每一次发表这样的帖子，其实我最期待就是遇到那些真正能对得上话的朋友。买什么洗车机、白色车用什么蜡等等的问题其实有点让我哭笑不得。非常希望可以日益提升论坛讨论内容的水平。
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突然感到好孤独~
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