▲示意图展示的是，当把微粒从液体表面分离拉开时，两者接触角的变化。
几十年来，在诸如油墨、泡沫和气泡各种液体的应用项目上，研究人员一直在使用诞生于20世纪70年代中期的流体力学方程式。这些基本的流体方程描述了从液体表面拉出一颗固体颗粒需要耗费的力的大小。虽然已经在实验中证实，这些方程对于毫米大小的颗粒是成立的，但是它们在微米尺度上是否适用仍然缺乏实验证据的支持。
据《物理评论快报》（Physical Review Letters）近日刊发的一篇研究论文称，为填补这一空白，德国马克斯-普朗克研究所（Max Planck Institute， MPI）下属聚合物研究所的汉斯-尤尔根·巴特（Hans-Jurgen Butt）领导的一组研究人员首次在测量单个微观颗粒上的毛细管作用力的同时，对颗粒下方所形成的液体弯液面进行了成像——这种液体弯液面试图将脱离的颗粒拉回液体中。他们的这一实验结果成功地验证了20世纪70年代流体方程在微观颗粒上的适用性。
对于直径大于约0.3毫米的颗粒而言，目前已有许多基于其在液体表面的力学表现的应用方向 ，并且得到了比较广泛地研究。之前的实验显示，当一颗宏观颗粒被拉出液体时，在颗粒和液体表面之间就会形成一个弯液面，与此同时产生的一股毛细管作用力试图将颗粒拉回液体表面。在宏观颗粒的层面上，重力也在将颗粒拉回液体表面的过程中起着重要的作用。另外，实验还表明，当一颗宏观颗粒被从液体表面拉上来时，它可以在液体表面的弯液面上四处滑动。然而，在微观颗粒的层面上情况就有所不同了——在微观尺度上，与毛细管作用力相比，重力通常可以忽略不计。由于目前关于微观颗粒的实验还不多，许多相关问题仍然没有确切答案。其中，一些悬而未决的问题包括确定毛细管作用力和弯液面形状之间的关系，以及微观颗粒是否也能像宏观颗粒样在液体表面滑动。
这次实验的结果不仅解答了不少以上的问题，证实确认了基本流体方程对于微观颗粒也是成立的，而且研究人员们同时还获得了一些意外惊喜发现。例如，与宏观颗粒不同的是，在大多数的分离过程中，微观颗粒与液体表面的接触线是固定而非游移的。只有在微粒即将与液面分离的最后时刻，微粒才会开始在表面上滑动。研究人员预计，这一结果在许多涉及到微观颗粒在液体表面上毛细管作用力的应用项目方面都将大有所为，比如矿物浮选和纸张脱墨等等。
编译：朱明逸审稿：三水
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