薩爾蘭大學研究顛覆冰面滑動百年理論,揭示分子偶極交互作用是關鍵

编辑者: Vera Mo

薩爾蘭大學的一項開創性研究,透過先進的電腦模擬,挑戰了近兩百年來關於冰面滑動的傳統理論。該研究發表於《物理評論快報》,指出冰面的滑潤性並非主要源於壓力或摩擦力造成的表面融化,而是冰的分子偶極與接觸物體(如鞋底或滑雪板)的分子偶極之間的交互作用。

由馬丁·穆瑟教授(Professor Martin Müser)及其團隊領導的研究,發現當物體接觸冰面時,接觸材料中的分子偶極會擾亂冰的規則晶體結構,導致界面處形成一層無序的、類似液態的薄膜。這種「受阻的偶極-偶極交互作用」是關鍵所在,而非傳統理論所強調的壓力或摩擦力。此發現直接挑戰了近兩世紀前由詹姆斯·湯姆遜(James Thomson)提出的理論,該理論認為壓力、摩擦力與溫度共同作用促使冰融化並產生滑動性。研究表明,即使在極低溫下,這種由分子偶極引起的滑動現象依然存在,顛覆了過去認為極低溫下冰面無法滑動的觀念。

這項研究的意義深遠,不僅解釋了日常的滑冰或跌倒現象,更為理解材料在分子層級的變形與摩擦行為提供了寶貴洞見。對分子交互作用的精確掌握,有望啟發新一代材料的設計,特別是開發更具抗冰性(icephobic)的表面。研究顯示,具有低交聯密度和界面滑動能力的塗層,能顯著降低冰的黏附強度,即使在重複的結冰與除冰循環下也能保持效果。這對於提升冬季運動的安全性和交通運輸的效率具有潛在的重大影響。

總而言之,薩爾蘭大學的研究以其對分子層級機制的深入探討,為冰面滑動性提供了全新的科學解釋。這不僅是物理學界的一大進展,也為未來材料科學與工程的創新開闢了新的道路,引導我們以更細膩的視角去理解和應用自然界的規律。

來源

  • Earth.com

  • Saarland University News

  • Physical Review Letters

  • EurekAlert!

  • Science Advances

  • The Journal of Physical Chemistry Letters

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