徒手劈铁水！“莱顿弗罗斯特”之力

唐修行 臧渡洋

炼钢过程中，刚出炉的铁水炙热无比，温度高达1535摄氏度以上！可是，居然有人敢徒手劈开铁水。难道他“比铁还硬、比钢还强”？当然不是，是莱顿弗罗斯特效应给了他力量。

或许你还没有听过“莱顿弗罗斯特”，也还没有见过徒手劈铁水。那么，光脚过炭火，你见过吧？也没有？你爸妈炒菜你总归见过的，其中也可能会涉及莱顿弗罗斯特效应。

什么是莱顿弗罗斯特效应？

其实早在千年以前，人们在冶金过程中就发现：当水滴撞向热壁面时，不是接触发生浸润，而是水滴四处滚动，像是悬浮在热壁面上，并且不会立刻汽化消失。1756 年，莱顿弗罗斯特在一把烧得通红的铁勺上滴了一滴水珠，水珠没有汽化消失，而是悬浮起来，并持续了30 秒——原因在于，水珠接触铁勺之后，底部立即快速汽化形成一层水蒸气，将水珠与铁勺隔开，并使得水珠悬浮起来，这就是莱顿弗罗斯特效应。

现今，科学家们已经从理论上对莱顿弗罗斯特效应做出了相对完整的解释：当液滴（水珠）撞击热壁面时，基于不同壁温下，液滴的蒸发寿命和运动状态可分为四种：接触蒸发、核沸腾、过渡沸腾和莱顿弗罗斯特效应。在接触蒸发时，液滴通常是静止的或者只有微弱流动，只会缓慢蒸发，水杯里的水就是如此渐渐少去；在核沸腾和过渡沸腾时，液体中会突然形成气泡，烧开水就是如此沸腾起来；而在更高的温度区间上，当热壁面达到莱顿弗罗斯特效应温度时（指液滴撞击热壁面时，液滴存在寿命最长时对应的热壁面温度），液滴与热壁面接触的部分会迅速沸腾形成水蒸气，由于水蒸气阻隔了液滴与热壁面的直接接触，传热也比液体慢得多，这才大幅降低了液滴沸腾的速度，并使其被自身产生的水蒸气托起，悬浮于热壁面之上。

在高温之上嬉戏和起舞

莱顿弗罗斯特效应发生时，由于液滴和热壁面之间的蒸气层的存在，液滴在热壁面会表现出丰富而有趣的动态行为。

当液滴撞击水平的热壁面时，会倾向于随机滚动。研究者们发现，在一些条件下，液滴撞向热壁面后，会在没有其他外力驱动的情况下，在固体表面上沿特定方向自主滚动，这种现象被称为自推进。这种现象在你爸妈炒菜时也可能会出现——当铁锅的温度足够高时，水滴落上去可能不会迅速沸腾掉，而会滚来滚去，玩耍嬉戏。

而将水滴撞向弯曲的高温铝表面，可以观察到液滴的星形振荡。随着液滴尺寸的增大，可以观察到多达13 阶的振荡花样，就像是高温之上， 一位身着不同花裙子的舞者在旋转跳跃，翩翩起舞。

科学之力，无限神奇

莱顿弗罗斯特效应在工业生产中已得到应用，比如在计算机的散热系统中，降低冷却剂的瞬时蒸发；比如高温制造工艺中，防止被加工材料表面被瞬時损坏。

更吸引眼球的，当然是莱顿弗罗斯特效应在日常生活中的应用——徒手劈铁水，就是得益于“莱顿弗罗斯特”之力。刚刚洗过手的皮肤还沾有水滴，在划过炙热的铁水时，便会瞬间形成一个蒸气层，起到隔热的保护作用。同理，光脚过炭火也是如此（以上行为，请勿模仿）。

不过目前，莱顿弗罗斯特效应还缺乏成熟的技术对其进行控制。相信随着研究的深入，这个神奇的效应会带来更多神奇的应用。