徒手劈鐵水！“萊頓弗羅斯特”之力

唐修行 臧渡洋

煉鋼過程中，剛出爐的鐵水炙熱無比，溫度高達1535攝氏度以上！可是，居然有人敢徒手劈開鐵水。難道他“比鐵還硬、比鋼還強”？當然不是，是萊頓弗羅斯特效應給了他力量。

或許你還沒有聽過“萊頓弗羅斯特”，也還沒有見過徒手劈鐵水。那么，光腳過炭火，你見過吧？也沒有？你爸媽炒菜你總歸見過的，其中也可能會涉及萊頓弗羅斯特效應。

什么是萊頓弗羅斯特效應？

其實早在千年以前，人們在冶金過程中就發現：當水滴撞向熱壁面時，不是接觸發生浸潤，而是水滴四處滾動，像是懸浮在熱壁面上，并且不會立刻汽化消失。1756 年，萊頓弗羅斯特在一把燒得通紅的鐵勺上滴了一滴水珠，水珠沒有汽化消失，而是懸浮起來，并持續了30 秒——原因在于，水珠接觸鐵勺之后，底部立即快速汽化形成一層水蒸氣，將水珠與鐵勺隔開，并使得水珠懸浮起來，這就是萊頓弗羅斯特效應。

現今，科學家們已經從理論上對萊頓弗羅斯特效應做出了相對完整的解釋：當液滴（水珠）撞擊熱壁面時，基于不同壁溫下，液滴的蒸發壽命和運動狀態可分為四種：接觸蒸發、核沸騰、過渡沸騰和萊頓弗羅斯特效應。在接觸蒸發時，液滴通常是靜止的或者只有微弱流動，只會緩慢蒸發，水杯里的水就是如此漸漸少去；在核沸騰和過渡沸騰時，液體中會突然形成氣泡，燒開水就是如此沸騰起來；而在更高的溫度區間上，當熱壁面達到萊頓弗羅斯特效應溫度時（指液滴撞擊熱壁面時，液滴存在壽命最長時對應的熱壁面溫度），液滴與熱壁面接觸的部分會迅速沸騰形成水蒸氣，由于水蒸氣阻隔了液滴與熱壁面的直接接觸，傳熱也比液體慢得多，這才大幅降低了液滴沸騰的速度，并使其被自身產生的水蒸氣托起，懸浮于熱壁面之上。

在高溫之上嬉戲和起舞

萊頓弗羅斯特效應發生時，由于液滴和熱壁面之間的蒸氣層的存在，液滴在熱壁面會表現出豐富而有趣的動態行為。

當液滴撞擊水平的熱壁面時，會傾向于隨機滾動。研究者們發現，在一些條件下，液滴撞向熱壁面后，會在沒有其他外力驅動的情況下，在固體表面上沿特定方向自主滾動，這種現象被稱為自推進。這種現象在你爸媽炒菜時也可能會出現——當鐵鍋的溫度足夠高時，水滴落上去可能不會迅速沸騰掉，而會滾來滾去，玩耍嬉戲。

而將水滴撞向彎曲的高溫鋁表面，可以觀察到液滴的星形振蕩。隨著液滴尺寸的增大，可以觀察到多達13 階的振蕩花樣，就像是高溫之上， 一位身著不同花裙子的舞者在旋轉跳躍，翩翩起舞。

科學之力，無限神奇

萊頓弗羅斯特效應在工業生產中已得到應用，比如在計算機的散熱系統中，降低冷卻劑的瞬時蒸發；比如高溫制造工藝中，防止被加工材料表面被瞬時損壞。

更吸引眼球的，當然是萊頓弗羅斯特效應在日常生活中的應用——徒手劈鐵水，就是得益于“萊頓弗羅斯特”之力。剛剛洗過手的皮膚還沾有水滴，在劃過炙熱的鐵水時，便會瞬間形成一個蒸氣層，起到隔熱的保護作用。同理，光腳過炭火也是如此（以上行為，請勿模仿）。

不過目前，萊頓弗羅斯特效應還缺乏成熟的技術對其進行控制。相信隨著研究的深入，這個神奇的效應會帶來更多神奇的應用。