世界首次：微觀油滴懸浮并逆流而上挑戰(zhàn)物理定律

研究人員在實(shí)驗(yàn)室利用"茴香酒效應(yīng)"制造出微型油滴。

德國科學(xué)家首次成功記錄了微觀油滴在流動(dòng)液體中懸停甚至逆流而上的現(xiàn)象，這違背了典型的流體行為規(guī)律。達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過顯微鏡捕捉到的這種驚人現(xiàn)象，揭示了一種前所未有的流體力學(xué)原理。

該研究由達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)博士生、論文第一作者斯蒂芬·比斯萬格領(lǐng)銜。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對過程工程、分析化學(xué)和微流體技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義。比斯萬格解釋道："液滴靜止懸浮甚至逆流運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象此前不為人知，我們首次對此進(jìn)行了記錄和理論闡釋。"

神奇現(xiàn)象

研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用"茴香酒效應(yīng)"在實(shí)驗(yàn)室制造實(shí)驗(yàn)用油滴。這種效應(yīng)指茴香風(fēng)味烈酒加水后出現(xiàn)的渾濁現(xiàn)象——精油形成微滴使酒液變?yōu)槿榘咨覠o需添加表面活性劑。通過將酒精-油混合物注入狹窄流道的水中，團(tuán)隊(duì)成功生成微觀油滴。

借助高速攝像機(jī)觀察油滴在流動(dòng)條件下的行為，他們發(fā)現(xiàn)這些微滴能夠抵抗水流、保持靜止甚至逆流而上。比斯萬格在新聞稿中闡釋："使油滴保持靜止的力源于其上下兩端的表面張力差。"油滴懸停的平衡狀態(tài)取決于其尺寸與位置、流速以及流道內(nèi)液體性質(zhì)等多種因素。

研究人員指出："普遍結(jié)論是，當(dāng)周圍液體為多組分混合物時(shí)，馬蘭戈尼應(yīng)力能夠逆轉(zhuǎn)液滴在流道中的運(yùn)動(dòng)方向。"

超越微觀的影響

雖然該現(xiàn)象僅在微觀尺度和精細(xì)控制的實(shí)驗(yàn)條件下可見，但其影響可能超越實(shí)驗(yàn)室范疇。研究人員認(rèn)為，在乳劑等宏觀尺度系統(tǒng)中也可能觀察到類似效應(yīng)——例如水中分布無數(shù)微小油滴的液體體系。

達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)微納流體學(xué)教授斯特芬·哈特博士指出，在這種體系中，觀測到的效應(yīng)可能在單個(gè)容器內(nèi)同時(shí)發(fā)生數(shù)十億次，并可能形成復(fù)雜圖案。哈特總結(jié)道："我們觀察并描述的這種現(xiàn)象，未來或可用于從液體中提取微量液滴或氣泡進(jìn)行分析。"

這項(xiàng)由德國研究基金會(huì)資助的發(fā)現(xiàn)，也為分析化學(xué)開辟了新可能性。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為該效應(yīng)可用于選擇性捕獲或提取流動(dòng)液體中的微量液滴/氣泡，為芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)、化學(xué)分析和診斷技術(shù)提供新工具。

研究成果已預(yù)發(fā)表在《軟物質(zhì)》期刊網(wǎng)絡(luò)版，預(yù)計(jì)紙質(zhì)版將于2026年1月底正式出版。

如果朋友們喜歡，敬請關(guān)注“知新了了”！