周围空气中的水蒸汽会在多孔材料内部或接触表面之间自发凝结。但是由于液体层只有几个分子那么厚，这一普遍而重要的现象到目前为止还缺乏理解。

 

由诺贝尔奖得主安德烈·海姆(Andre Geim)和克斯特亚·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov)领导的曼彻斯特大学研究人员制造出了足够小的人造毛细血管，在正常的环境条件下，水蒸汽可以在其中凝结。海姆与诺沃肖洛夫在10年前的这个月获得了诺贝尔物理学奖。

 

曼彻斯特大学的这项研究名为“原子尺度约束下的毛细管凝结”，杏耀下载app将发表在《自然》杂志上。该研究解决了一个长达一个半世纪之久的谜团:为什么毛细凝结，一个涉及到水的几个分子层的基本微观现象，可以很好地用宏观方程和宏观水的特性来描述。这是一个巧合还是一个隐藏的自然法则?

 

毛细凝结是一种教科书现象，在我们生活的世界中无处不在，毛细凝结对摩擦、粘附、粘滞、润滑、腐蚀等重要性质都有很大的影响。这一现象在微电子、制药、食品和其他工业的许多技术过程中都很重要，如果不是为了毛细管凝结，甚至沙堡也无法由儿童建造。

 

科学上，这一现象经常被描述为150年历史的开尔文方程，这个方程已经被证明是非常精确的，即使毛细血管只有10纳米那么小，是人类头发宽度的千分之一。不过， 杏耀娱乐好不好 ，要想在30%到50%的正常湿度下发生冷凝，毛细血管应该小得多，大约1纳米大小。这与水分子的直径相当(约0.3纳米)，因此只有一对分子层的水可以容纳在这些孔中，负责共同的冷凝效应。

 

宏观的开尔文方程不能用来描述分子尺度的性质，事实上，这个方程在这个尺度下几乎没有意义。例如，如果水弯月面只有几个分子宽，就不可能定义水弯月面进入方程的曲率。因此，开尔文方程被用来作为穷人的方法，因为缺乏适当的描述。科学进展一直受到许多实验问题的阻碍，特别是由于表面粗糙，使得在所需分子尺度上制备和研究毛细血管变得困难。

 

为了制造这样的毛细血管，曼彻斯特大学的研究人员煞费苦心地组装了云母和石墨原子平面晶体。他们将两个这样的晶体相互叠加，中间是石墨烯的窄条，中间是另一个原子状的薄而平坦的晶体。这些条带充当了间隔，可以有不同的厚度。这个三层组件允许不同高度的毛细血管。其中一些只有一个原子高，是最小的毛细血管，只能容纳一层水分子。

 

曼彻斯特的实验表明，开尔文方程可以描述毛细管冷凝，即使是在最小的毛细血管中，至少定性地是这样。这不仅令人惊讶，而且与一般的预期相矛盾，因为水在这个尺度上改变了它的性质，它的结构变得明显的离散和分层。

 

这让我很吃惊。我以为传统物理学会彻底崩溃，”《自然》杂志那篇报道的第一作者钱阳博士表示。原来的公式很管用。终于解开了这个世纪之久的谜团，有点令人失望，但也令人兴奋。

 

“所以我们可以放松了，所有那些无数的冷凝效应和相关性质现在都有确凿的证据支持，而不是‘它似乎可行，因此应该可以使用这个方程’这样的直觉。”

 

曼彻斯特大学的研究人员认为，发现的一致性，尽管是定性的，也是偶然的。毛细管凝结所涉及的压力在环境湿度下超过1,000巴，比在最深的海洋底部的压力还要大。这样的压力导致毛细血管调整其大小为埃的几分之一，这足以容纳里面一个整数的分子层。这些微小的调整抑制了公度效应，使得开尔文方程成立得很好。

 

海姆说:“好的理论常常超出其适用性范围。”

 

开尔文勋爵是一位杰出的科学家，有许多发现，杏耀app但即使是他也一定会惊讶地发现，他的理论——最初考虑的是毫米大小的管——在单原子尺度上也成立。事实上，开尔文在他的开创性论文中，对这种不可能性进行了评论。

 

“所以，我们的工作同时证明了他是对的，也是错的。”