你说不定也亲眼看到过这种的情景：当将水倒进一个十分热的炒菜锅里时，水珠飘浮在底锅的表面，隔着水蒸气层在炒菜锅的底锅滚动。这类古怪的物理变化被称作莱顿弗罗斯特效用，实际上，它针对一系列的工业生产和当然全过程都很重要。

视頻来源于：Emory University

1756年，德国医生罗伯特·戈特洛布·莱顿弗罗斯特（Johann Gottlob Leidenfrost）在《论普通水的性质》一文中对这些状况开展了第一个叙述。他发觉当水触碰到比其熔点温度高得多的表面时，液体会直接挥发，造成一层隔热保温的蒸气层，这层蒸气会使液体飘浮在表面以上。

尽管早在这几个时代前人们就拥有莱顿弗罗斯特效用的叙述，但与之相关的特点都仍存有迷题。例如在不一样调查报告中，水蒸气层的产生温度具备明显差别。这就是莱顿弗罗斯特效用的一个核心的未结难题：水蒸气层的生成和消散温度到底多少钱？

一些基础理论觉得，这一温度范畴在于不一样种类的金属材料表面，乃至与水的含盐度相关。如今，埃默里大学的一个科学家精英团队研发了一种新的电技术性来科学研究这类状况。

运用这类新的技术性，她们说明了莱顿弗罗斯特水蒸气层能够在远小于其产生需要的温度下保持。从总体上，她们发觉莱顿弗罗斯特水蒸气层在240℃上下产生，并在约140℃时消散。她们将分析結果发布在《物理评论快报》上，也许对物理的众多行业均有其概念和实际实际意义。

在过去的分析中，科学家大多数将侧重点聚集在精确测量蒸汽层的温度和纪录液态与金属材料表面中间的扩散系数上，她们都还没准确地发觉蒸气层最后是怎样消散的。但是，她们早已留意到的是，水蒸气层的消散随着着液态与固态表面的了解和快速的可燃性烧开。

在新的分析中，科学研究团体将侧重点焦聚在莱顿弗罗斯特飘浮液体的动力学模型，例如他们怎样挪动、震荡这些。这一般是在特别高的温度下实现的。这给精准地叙述水蒸气层提供了挑戰，由于水蒸气层特别薄，且建立時间很短。

应用新研发的快速电力技术，科学研究工作人员可以以更精准的方法来精确测量蒸气层的薄厚和动力学模型。这也是一种探测器的新方式，简易而言，她们将水蒸气层作为电源电路的一部分，随后精确测量他们的电容器，进而能够在水蒸气层的建立全过程中准确地检验其薄厚随時间的转变。

这种图象表明了在一个渗入在水中的热的金属材料圆柱型周边的水蒸气层的无效。水蒸气层最开始是在圆柱型棒的顶部无效，汽泡会在液态淋湿固态时快速产生并竖直往上挪动。第一张和最终一张图象中间大概间距了1ms，这一金属材料圆柱的孔径为1.6厘米。| 图片出处：Harvey, Harper & Burton

为了更好地运用这类方式，科学研究工作人员用钛、铜和紫铜制做了直徑不上一英寸的合金圆柱，随后在这个圆柱上涂上10μm的金箔纸，以避免 电化学腐蚀。接着，她们做好了一系列试验，让这种圆柱遇热并渗入到带有一个电级的水浴中。当莱顿弗罗斯特蒸气层产生时，一个电力电容器就造成了——在其中一个极片是水浴中的电级，另一个极片是金属材料圆柱的表面。

除开搜集与水蒸气层相关的一些精确测量数据信息外，科学研究工作人员还用快速拍摄视频水蒸气层从产生到系统软件当然降温至蒸气层消散的所有全过程。数据显示，平稳的水蒸气层的均值产生温度为240℃，精准的温度会依据金属材料表面的种类转变。让人震惊的是，她们发觉，尽管水蒸气层的产生温度约为240℃，但不论是哪一种金属材料，也不管水里的含盐度为是多少，当温度降到140℃以前，水蒸气都不可能消退。

那样的效果证实，莱顿弗罗斯特水蒸气层能够在比其产生需要的温度低得多的温度下不断存有，且它的无效点与蒸气层自身的流体动力学可靠性相关，而非物质特点。一旦系统软件温度降至140℃下列，蒸气层必然无效，这是你难以阻拦的状况。换句话说，这一阀值好像由是一种极致的流体动力学体制影响的，这一发觉与之前的基础理论反过来。

科学研究工作人员觉得，此项工作上最值得一提的看到是，好像存有一个“限制温度”让莱顿弗罗斯特水蒸气层产生，及其一个“低限温度”让水蒸气层无效。这是一个十分适用的发觉，针对很多试验和工业生产而言，掌握这一无效点的动态性全是很重要的。

除此之外，此项科学研究还针对探寻像喷气式飞机喷涌那样的情况的大行星科学研究也很有使用价值。在自然中，莱顿弗罗斯特水蒸气层还可以在水与从海底火山升高的溶岩中间的页面上产生。因而我们在火花上乃至还可以观测到这类效用，但是并不是在溶液中，只是在固体的二氧化碳块中，这种固体的二氧化碳以液态氮的蒸气顺着火花上的沙漠“游泳”。一些科学研究工作人员明确提出，从二氧化碳为能源的“莱顿弗罗斯特模块”中整理的动能，有朝一日也许能够为人们在也许火花上居住给予电力能源。

但是，科学家们如今还匪夷所思到底是啥引起了蒸气层的消退。科学研究工作员表明，她们将要开展一系列的模拟计算，以掌握蒸气层的可靠性在较低温度下是怎样消退的。此外，新制定的快速电力技术还将能够用以再次探寻莱顿弗罗斯特效用的秘密，进而进一步地叙述这一效用。

#写作精英团队：

编译程序：毛毛雨

#参照来源于：

https://news.emory.edu/features/2021/09/esc-leidenfrost-effect-harvey-burton/index.html

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.104501

https://phys.org/news/2021-09-unveils-minimum-temperature-droplets-levitating.html

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