耗时2年！一滴小液滴，被Science亮点报道！

物理学家实现了一项"让一滴小液滴只弹跳，不飞溅"的实验——让微小油滴在振动表面持续跳动。这项发表在《物理评论快报》预印班论文中的突破性发现，可应用于化学或制药过程中微量液体的精准操控。部分物理学家认为其甚至有助于破解量子力学的奥秘。相关内容被Science杂志以“Watch this oil droplet bounce endlessly, like a tiny basketball”为题，作为研究亮点报道。

"我对此特别兴奋，"耶路撒冷希伯来大学物理学家Shmuel Rubinstein表示。他解释说，虽然液滴在工业过程中无处不在，但发现"酷炫"效应实属不易，这个新发现"不仅有趣，更令人印象深刻"。

看似普通的液滴实验曾多次带来惊人发现。2005年，物理学家意外发现真空环境中撞击表面的液滴不会飞溅而是平稳铺展；同年另一团队发现液滴可在同种液体构成的振动液池中无限弹跳。参与该实验的现巴黎高等物理化工学院物理学家Emmanuel Fort回忆："我们尝试过固体表面，但未能成功。"

固体表面的研究历经近十年才取得进展。2014年，现瑞士洛桑联邦理工学院物理学家John Kolinski团队证明：当坠落高度足够低时，水滴能在通常会铺展润湿的亲水表面弹跳（疏水表面的油滴或水滴弹跳容易得多）。气垫效应缓冲了下落冲击，表面张力维持了形态完整，但约0.3秒弹跳10余次后，液滴仍会因静电力作用破裂。

如今Kolinski团队实现了永久弹跳——让直径约0.8毫米的硅油滴在亲油性云母表面持续跳动。他们采用原子级光滑的新解理云母晶体，以每秒180次频率进行亚毫米级振动，并通过高速摄像机记录。当振动频率超过20赫兹时，液滴保持持续弹跳。"最长实验持续约20分钟，"Kolinski表示。

计算机模拟显示振动如何向系统注入能量，维持液滴弹跳并补充底部气垫层。奇特的是，这个亚微米级间隙中几乎不存在空气分子。论文第一作者Lebo Molefe指出："设备搭建仅需半天，但精细调试需耗时数周甚至数月。"若云母片非绝对水平，弹跳液滴会偏离摄像焦点，整个实验最终花费了两年时间。

研究人员还发现了液滴的另一种运动模式：当频率提升至90赫兹以上时，液滴停止弹跳而附着于表面，在两种类圆锥形态间持续切换。"这种束缚态令人震惊，"Rubinstein表示，"完全出乎意料。"

西北大学物理学家Michelle Driscoll指出，虽然新现象令人联想到液面弹跳，但物理机制截然不同："后者完全源于液池变形而非液滴本身，这是完全不同的物理过程。"

该成果的实际应用前景如何？Driscoll 认为可进一步发展非接触式微量液体分选技术，在制药等要求高纯度的领域具有价值。更具推测性地，这项突破可能助力量子力学奥秘的阐释——自Fort的早期实验以来，物理学家就注意到液滴及其激发的表面波与量子理论中的波粒二象性存在关联，弹跳液受自身波导引与量子粒子自我干涉现象存在显著相似性。

Fort认为新系统并非理想量子类比实验平台，因为坚硬云母表面不产生波动。但麻省理工学院应用数学家John Bush指出，这项研究启发了反向实验思路：让固体云母微粒在液面弹跳。这将解决液滴尺寸精准控制的难题，有力推动量子类比实验。"我准备联系Kolinski团队获取云母颗粒进行尝试，"John Bush表示。

来源：高分子科学前沿

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