神奇的表面张力

荷叶为什么出淤泥而不染

我们日常穿戴的衣帽，

表面经过特殊涂层处理后，使水不能浸润，起到防雨的作用，

就与表面张力有关。

生活中有很多现象，因为常见而很少有人多问个为什么？例如，为什么水黾可以在水面上行走跳跃而不沉下去？为什么清水吹不出泡泡，加入肥皂或洗衣粉就可以吹出球形且不容易破的泡泡？

这些都是与表面张力有关的现象。2021年12月9日，航天员翟志刚、王亚平与叶光富在中国空间站演示的微重力环境下水膜张力实验以及泡腾片实验，就涉及表面张力的知识。那什么是表面张力呢？

表面张力指的是液体表面任意两相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力。通俗来讲，即水等液体会产生使表面尽可能缩小的力，这个力称为“表面张力”。

它产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫作表面层 , 表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。水的表面被表面张力的强大拉力聚拢在一块，使得水面看上去像一层薄而又有弹性的“表皮”，托住了小昆虫，使之能无拘无束地在水面上行走自如，而不下沉。

这种张力使液体总有缩小表面积的倾向，相同体积下，球的外表面积最小，因此在没有外力的情况下（如失重状态）液滴往往呈球形。

表面张力在生活中的应用很多。在与表面张力有关的各种现象中，接触角扮演着极为重要的角色。接触角即在气、液、固三相交点处所作的气—液界面的切线与固—液交界线之间的夹角 θ，若θ<90°，则固体是亲液的，即液体可润湿固体；若 θ>90°，则固体是疏水的，即液体不润湿固体，容易在表面上移动。

水珠能在荷叶上自由滚动，这是因为水在叶面上的接触角介于 130 ～ 160 度之间，不易润湿表面。而荷叶能“自洁”，其原理是荷叶表面的纳米纤毛结构使其具有与水的超高接触角，有很强的疏水性，水珠在滚动过程中即可将灰尘带走，从而达到洁净效果。

科学家了解到这种自然界神奇功能后，开发出可以运用在建筑物外墙、汽车烤漆、卫浴设备瓷釉上的涂层，这些涂层材料可以产生自洁的功效，真正达到“不沾”。我们日常穿戴的衣帽，表面经过特殊涂层处理后，使水不能浸润，起到防雨的作用，也是应用了这一原理。

表面张力的大小与液体性质及液面外相邻物质的性质有关，还与温度以及液面中所含的杂质有关。一般情况下，温度越高，表面张力越小。而杂质也会明显改变液体的表面张力 , 比如洁净的水有很大的表面张力 , 而沾有肥皂液的水表面张力就比较小 , 这就是为什么清水吹不出泡泡，而在清水中加入肥皂或洗衣粉就可以吹出泡泡的原因。

来源: 《科学大观园》科学课堂栏目