液体的表面张力是使液体分子保持在一起的内聚力的量度。在表面张力作用下，液滴会趋向于保持球形，并产生气泡和泡沫。在室温下，水的表面张力系数是精确到4位有效数字的确定值，并且这个值可以作为校准测量表面张力设备的标准。

但根据荷兰阿姆斯特丹大学物理研究所伊内斯·豪纳和丹尼尔·波恩等人的最新研究，一定温度下，水的表面张力系数并不是固定不变，在动态过程中会发生显著改变。

根据此前的公认值，20℃常温下，纯净水-空气平衡条件下表面张力系数为72.75 mN/m，但最新的实验证明，在非平衡状态下，水的表面张力系数提高了约25%。研究人员利用高速摄像机观测水滴从液颈连接到分离过程，在毫秒尺度内，液滴的表面张力系数约为90 mN/m。

过去已有观测表明，在短时间的动态过程中，水滴的表面张力系数会高于平衡状态下的表面张力系数。然而，由于研究观测方法上的缺陷，这些初步结论备受争议。而此次波恩教授指出，对孔板水滴滴落过程进行研究避免了此前研究的干扰因素，实验步骤严谨，过程清楚易于理解。

图：实验中水滴分离瞬间

研究人员还解释了水滴表面张力系数在动态瞬间与平衡状态存在巨大差异却一直被忽视的原因，即这个过程在1毫秒以内，以前的技术条件难以在如此短的时间内完成观测和分析。

动态过程中水的表面张力系数变化是十分显著的。这里可以做一个对比：当氢氧化钠或氯化钠溶液的浓度达到1摩尔每升时，表面张力系数只比纯净水的表面张力系数提高约2mN/m，而在实验中，动态过程中水滴的表面张力系数提高了约17 mN/m，超过了任何电解质效应对表面张力的影响，这肯定涉及到水界面的结构层面。

这一发现对亚毫秒时间内涉及液滴动态过程的研究具有深远的影响。例如，喷墨打印机的打印过程就处在这个时间尺度范围内，喷头以兆赫兹频率将水性油墨喷出，这一过程与表面张力密切相关。另外有许多涉及水喷雾的应用都会受到影响，较高的表面张力会增加形成小水滴的难度。对这一机制的深入研究，将推动喷墨打印、喷雾乃至增材制造等应用的发展。

文章链接：

Ines M. Hauner et al. The Dynamic Surface Tension of Water, The Journal of Physical Chemistry Letters(2017). DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b00267 

（本文来源：国防科技信息网，作者：中国船舶工业综合技术经济研究院丁宏；）

如若转载，请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广，可以联系我们或免费注册拥有自己的主页