一滴水的“蒸氣懸浮術”

“熱鍋冷油”是一種中餐特有且常見的烹飪技巧，廚師通常在燒干的鍋底灑少許水來檢測溫度，當水珠能在滾燙的鑄鐵表面跳起舞來，便可下入冷油，達到不易粘鍋的效果。其實，這背后還潛藏著一個物理學小知識——萊頓弗羅斯特效應。

1756年，德國醫(yī)生萊頓弗羅斯特在治療病人時觀察到，當水滴接觸到極度高溫的表面時，并不會立即沸騰。相反，水滴會在熱表面形成一層隔熱的“蒸汽墊”，暫時懸浮，并在這層“蒸汽墊”上發(fā)生爆炸性沸騰，持續(xù)“滑行”。這一現(xiàn)象仿佛是水在極端高溫下的一種自我保護機制，顯得異常奇妙。萊頓弗羅斯特將這一發(fā)現(xiàn)詳細記錄在自己的研究論文《論普通水的性質》中，由此，這一現(xiàn)象被命名為“萊頓弗羅斯特效應”。

在接下來的數(shù)個世紀中，關于萊頓弗羅斯特效應的研究持續(xù)深入。科學家逐漸揭示，不僅是水，許多其他液體在高溫下也能形成類似的蒸氣層，使得液滴能夠懸浮其上。埃默里大學的研究團隊通過開發(fā)一項新技術，成功確定了“萊頓弗羅斯特溫度”，證實蒸氣層在大約240℃時形成，并在大約140℃時消失。這一研究成果為物理學在航空航天、材料科學等領域的應用提供了重要的理論基礎。

以我國的長征F遙運載火箭為例，它通過燃燒液氧、液氫、液甲烷等低溫推進劑來釋放能量，產(chǎn)生氣體，推動火箭升空。這些低溫推進劑在火箭中扮演著類似導彈中火藥的角色。但也存在一個致命問題：低溫推進劑的沸點遠低于室溫，若直接泵入，可能導致火箭貯箱在熱狀態(tài)下急劇冷卻，引發(fā)超壓和材料損壞等問題。為了提高發(fā)射的可靠性和效率，低溫推進劑泵入火箭前，必須先經(jīng)“預冷”降溫，而“預冷”的時間越短，越有利于火箭“彈射起步”。因此，科學家在輸送管道內壁噴涂了一層低導熱涂層，從而縮小萊頓弗羅斯特效應的作用空間，以縮短“預冷”的時間。

除此之外，基于萊頓弗羅斯特效應能使液滴借助自身的“蒸汽墊”在滾燙的表面上跳動的現(xiàn)象，研究材料工程的科學家還發(fā)明出了超級防水技術。他們通過放大萊頓弗羅斯特效應，增強水珠因“蒸汽墊”懸浮跳動的效果，從而達到疏水的目的。近年來，這項研究正廣泛應用于建筑外墻涂料、玻璃及屋頂材料中，強化它們防水防污的效果，使人們居住的房子能更好地抵御惡劣天氣的侵襲。

事實上，萊頓弗羅斯特效應距離我們的生活并不遙遠。運動受傷后的低溫療法采用的液氮溫度低至-196℃，人體在其中卻不會被凍傷，正是因為萊頓弗羅斯特效應形成的蒸氣層起到了隔溫效果。電影、廣告中時常見到水滴、牛奶、紅酒等液體在某個平面上“跳舞”，大多也是利用萊頓弗羅斯特效應創(chuàng)造出的視覺效果。曾幾何時，奔波勞碌的母親于廚房中大展身手，常常熟稔地在高溫熱鍋中徒手操作，“鐵砂掌”的秘訣也是因為萊頓弗羅斯特效應中蒸氣層能隔熱……

萊頓弗羅斯特效應在科學研究乃至日常生活中的廣泛應用，對于人類社會而言具有深遠意義。從廚房的熱鍋到火箭的發(fā)射，從建筑材料的革新到醫(yī)療領域的突破，萊頓弗羅斯特效應跨越了時間的長河，連接了不同領域的知識，成為人類探索未知、創(chuàng)造美好生活的強大工具。