小水滴蕴藏大能量

呆阿明

水是生命之源，不论是人类还是动植物，都离不开水：水也是能量之源，可以用来灌溉庄稼、发电等。那你知道，一滴水滴的能量有多大吗？前不久，中国科学院和清华大学的科学家合作，让水滴在空中跳起了“芭蕾舞”，并为液体动能的利用（如水力发电）开拓了新的思路和方向。或许在不久的将来，一滴水也能发电。

让水滴“动”起来

同学们知道，当一滴水落在固体表面时，会发生什么样的现象吗？

由于固体表面材料的化学性质与结构的不同，水滴或飞溅散开，或弹回。如果固体表面疏水、黏性弱，水滴会保持球状弹起;相反，如果与亲水、黏性强的固体表面碰撞，水滴就会四处飞溅。

如果水滴所接触的表面不是均质的，而是不同区域具有不同的亲水性，又会发生什么现象呢？出于这样的想法，科学家设计出一款“特殊”的平板：将一种氟化材料覆盖在氧化铝板上，形成类似于不粘锅的疏水涂层，再用紫外光照射氧化铝板的特定区域，被照射的区域会变得极度亲水。

然而，水滴具有可变形性，且与撞击的固体表面发生相互作用的速度极快，要想操控这种行为的难度可想而知。不过，别担心，科学家借助同步高速成像系统发现，通过在疏水低粘附的基底表面构筑高粘附图案，再对水滴的碰撞过程进行诱导，能使水滴以超过每分钟7 300转的速度旋转。液滴在粘附力的作用下形成四角的裂分结构，在空中跳起了“芭蕾舞”。

通过科学家们绘制的图案，我们不仅可以看到水滴“跳舞”，而且水滴还能产生卷曲、偏转等多种效果。

用水滴来发电

当然，这项研究可不仅仅是为了好看，它还有更重要的作用：实现对液体运动的精确控制，这在自清洁表面、防冰冻、材料混合等领域有着潜在的应用前景。

不仅如此，水滴碰撞后产生高速旋转，实现液体平动能向转动能的转化。这与水力发电过程中，水的动能转化为发电机转子的动能进而产生电能的原理十分类似。如果水滴碰撞过程中的转动能也能够被收集与利用，那将会是巨大的财富。

基于这一原理，科学家研制了利用单个液滴进行物体驱动的新型液滴驱动器，将图案化浸润性的基底飘浮在磁悬浮系统中，水滴落在表面后产生旋转运动。在此过程中，基底在液滴驱动下能朝着特定方向旋转。

这项研究为水滴动能的利用开拓了新的思路和方向。例如，可以在合适的地方安装这种微型水能发电装置，而不必局限于大江大河上的水力发电站。当雨滴落在上面时，就能够带动下面的转子转动，将动能转换为电能，供人们利用。

如今，这一项目已经得到众多机构的基金资助，如果未来这一个构想能够实现，那么将会给人带来更多的能源。

两个物体的碰撞是常见的过程。早在三百多年前，伟大的科学家牛顿就对这一过程做了大量实验研究，并总结出了著名的牛顿碰撞定律：碰撞前后改变的是物体的速度大小和方向，很难改变物体的运动形态。而这项研究与经典的牛顿碰撞定律截然不同，科學家能控制水滴怎么飞，水滴的运动形态首次由碰撞之前的平动变为了碰撞之后的转动。我们也相信，这—新的发现能使人们更充分地利用水滴的能量。