修正經典開爾文方程！中科大建立新理論
2020-12-10 合肥發布
近日，中國科學技術大學王奉超教授與諾貝爾物理獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授團隊合作，在納米限域毛細凝聚研究方面取得了重要進展。
成果刊登在12月10日出版的國際著名學術期刊《自然》上。
先來了解下，什麼是毛細凝聚？
毛細凝聚是指在毛細通道限域空間內的氣體，不必達到過飽和狀態即可發生凝聚從而轉變成液體的現象。
敲黑板來了！
毛細凝聚關聯了宏觀固液界面潤溼和微觀分子間力學作用，是納米限域力學的關鍵科學問題，也是當前介尺度科學的國際前沿熱點。
開爾文方程從理論上描述了毛細管內彎曲的液氣界面引起的蒸氣壓變化，被認為是固液界面潤溼領域三大經典理論之一。
然而，當通道直徑縮小到水分子大小相當的尺寸時，由於實驗觀測難度大，開爾文方程裡採用的彎月面曲率、接觸角等概念難以被準確定義，而如何在納米尺度下修正開爾文方程，一直是研究者們關心的問題。
納米限域毛細凝聚；納米通道器件及實驗觀測示意；納米通道橫截面的STEM圖；發生毛細凝聚的臨界相對溼度的尺寸效應的實驗、理論及模擬。
此次，由中、英國兩國組成的聯合研究團隊利用二維材料構築的納米通道器件開展實驗，巧妙地通過壁面變形來表徵毛細凝聚現象，並對實驗結果和力學機理給出合理解釋。
中國科大王奉超教授研究揭示了固液界面能的尺寸效應，發現了在納米/亞納米尺度的毛細凝聚中，是固液界面的力學作用在扮演重要的角色，而不是人們普遍認為的液氣界面在起主導作用。
王奉超教授在實驗室
據此，他們建立了納米限域毛細凝聚的新理論，修正了經典的開爾文方程，並將方程適用性拓展到亞納米尺度。
該研究不僅為理解極限尺度下毛細凝聚現象的認知和理解奠定了基礎，而且在微電子、製藥、食品等行業具有非常重要的實際應用前景。
納米限域毛細凝聚示意圖
值得一提的是，中科大計算力學團隊自2010年和英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授實驗團隊開始合作，過去十年已累計在《自然》和《科學》發表十篇學術論文，不僅開闢了石墨烯納米限域傳質這一世界科技前沿新領域，而且一直是這一領域的領導者。接下來，他們還將繼續在這一領域開展新的探索。
信息來源：安徽日報
圖片來源：中國科學技術大學
責任編輯：周悅
點分享
點收藏
相關焦點
-
修正經典開爾文方程！中國科大建立納米限域毛細凝聚新理論
央廣網合肥12月10日消息（記者劉軍 通訊員陳奕均、劉源渤）記者10日從中國科學技術大學獲悉，該校王奉超教授與諾貝爾物理獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授團隊合作，在納米尺度下修正了經典開爾文方程，並在納米限域毛細凝聚研究方面建立了新理論。 -
...安徽頻道」修正經典開爾文方程!中國科大建立納米限域毛細凝聚...
海姆教授團隊合作，在納米尺度下修正了經典開爾文方程，並在納米限域毛細凝聚研究方面建立了新理論。研究成果已刊登在12月10日出版的國際著名學術期刊《自然》上。據了解，毛細凝聚是指在毛細通道限域空間內的氣體，不必達到過飽和狀態即可發生凝聚從而轉變成液體的現象。毛細凝聚關聯了宏觀固液界面潤溼和微觀分子間力學作用，是納米限域力學的關鍵科學問題，也是當前介尺度科學的國際前沿熱點。 -
在納米尺度修正開爾文方程，中國這個重大突破登錄《自然》
↑經典的開爾文方程。徐若雅製圖開爾文方程從理論上描述了毛細管內彎曲的液氣界面引起的蒸氣壓變化，被認為是固液界面潤溼領域三大經典理論之一。他們在用石墨烯搭建的納米毛細通道裡，測量了水的凝聚壓強，並通過理論分析，給出了開爾文方程的新形式。讓我們大概了解一下他們破解難題的巧妙思路。原子尺度下的物質難於直接觀測，如何表徵通道內是否發生凝聚呢？科學家想出了一個巧妙的方法：由於通道只有幾層石墨烯厚，上下壁面間存在的相互作用——範德華力，使得通道的上壁面在通道內沒有水時會向內凹。 -
中外學者將經典開爾文方程適用性拓展到亞納米尺度
開爾文方程從理論上描述了毛細管內彎曲的液氣界面引起的蒸氣壓變化，被認為是固液界面潤溼領域三大經典理論之一。然而，當通道直徑縮小到水分子大小相當的尺寸時，由於實驗觀測難度大，開爾文方程裡採用的彎月面曲率、接觸角等概念難以被準確定義，而如何在納米尺度下修正開爾文方程，一直是研究者們關心的問題。 -
修正開爾文方程!90後女科學家發現納米限域毛細凝聚新現象
圖 | 沙堡現象（圖源：曼徹斯特大學官網）12 月 10 日，畢業於西南交通大學、英國曼徹斯特大學博士後楊倩博士為第一作者，在Nature 發表了題為 "Capillary condensation under atomic-scale confinement" 《原子級限域空間的毛細凝聚》的論文，研究報導了納米限域毛細凝聚新發現，修正了傳統的經典開爾文公式，更好地描述了亞納米尺度的毛細凝聚現象 -
修正開爾文方程！90後女科學家發現納米限域毛細凝聚新現象
，修正了傳統的經典開爾文公式，更好地描述了亞納米尺度的毛細凝聚現象。新理論解釋了在大於 10 nm 通道中的毛細凝聚現象，這個寬度只有人的頭髮絲的千分之一。「簡單來講，我們這項研究結果，就是論證了開爾文方程在更小的原子級別尺度下的適用性，之前大家在應用開爾文方程時，可能仍心存疑惑，但現在我們可以更放心地應用開爾文方程來解決實際問題。」楊倩告訴DeepTech。 -
中外學者將經典開爾文方程適用性拓展到亞納米尺度—新聞—科學網
開爾文方程從理論上描述了毛細管內彎曲的液氣界面引起的蒸氣壓變化，被認為是固液界面潤溼領域三大經典理論之一。然而，當通道直徑縮小到水分子大小相當的尺寸時，由於實驗觀測難度大，開爾文方程裡採用的彎月面曲率、接觸角等概念難以被準確定義，而如何在納米尺度下修正開爾文方程，一直是研究者們關心的問題。 -
中英科學家建立納米尺度下的「毛細凝聚」新理論
近期，中國科學技術大學王奉超教授與諾貝爾物理學獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授及其團隊合作，研究揭示了固液界面能的尺寸效應，修正了物理學中經典的開爾文方程，建立了納米尺度下的毛細凝聚新理論。約150年前，物理學家威廉·湯姆遜（後來被冊封為開爾文勳爵）定量描述了凝聚壓強的變化，該理論後來被稱為開爾文方程。然而，當通道直徑縮小到水分子大小相當的尺寸時，由於實驗觀測難度大，開爾文方程裡採用的彎月面曲率、接觸角等概念難以被準確定義。如何在納米尺度下修正開爾文方程，一直是國際學界關心的問題。 -
「新華社」中英科學家建立納米尺度下的「毛細凝聚」新理論
近期，中國科學技術大學王奉超教授與諾貝爾物理學獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授及其團隊合作，研究揭示了固液界面能的尺寸效應，修正了物理學中經典的開爾文方程，建立了納米尺度下的毛細凝聚新理論。受表面張力和彎曲界面的影響，水在狹小的通道內更容易凝聚：在分壓還沒達到飽和蒸氣壓的時候，水就凝聚了，這就是毛細凝聚現象。 -
毛細冷凝：沙堡與開爾文方程
但是，當液體層只有幾個分子厚時，這種現象就超出了經典理論的適用範圍。根據最新發布在《自然》上的論文，由諾貝爾獎得主安德烈·吉姆(Andre Geim)領導的曼徹斯特大學的研究團隊為存在了150年之久的物理學疑難問題提供了答案：即為什麼可用宏觀方程和大量水的宏觀特徵合理地描述毛細管凝結(一種基本的微觀現象，涉及幾個水分子層)。這是巧合還是自然規律？ -
西南交大博士以第一作者在自然雜誌發表文章，對傳統開爾文公式進行修正
四川在線記者 鄧翔灃12月15日，記者從西南交通大學獲悉，12月10日出版的國際頂級學術期刊Nature發表了該校材料科學與工程學院博士畢業生楊倩（現為英國曼徹斯特大學博士後）為第一作者的文章，報導了納米限域毛細凝聚新理論，並對傳統開爾文公式進行了修正，使其能夠更好地描述亞納米尺度的毛細凝聚現象 -
中外科學家創立納米限域毛細凝聚新理論
本報訊（通訊員桂運安）中國科學技術大學教授王奉超與諾貝爾物理學獎獲得者、英國曼徹斯特大學教授安德烈·海姆團隊合作，創立納米限域毛細凝聚新理論，將開爾文方程適用性拓展到亞納米尺度。相關成果12月10日發表在《自然》上。毛細凝聚是指在毛細通道限域空間內的氣體不必達到過飽和狀態，即可發生凝聚，從而轉變成液體的現象。 -
【中國科學報】中外科學家創立納米限域毛細凝聚新理論
【中國科學報】中外科學家創立納米限域毛細凝聚新理論 本報訊（通訊員 桂運安）中國科學技術大學教授王奉超與諾貝爾物理學獎獲得者、英國曼徹斯特大學教授安德烈·海姆團隊合作，創立納米限域毛細凝聚新理論，將開爾文方程適用性拓展到亞納米尺度。 -
中國科大在納米限域毛細凝聚理論研究取得重要突破
早在150年前，著名的英國科學家威廉·湯姆森（William Thomson，後來被冊封為開爾文勳爵）從理論上描述了毛細管內彎曲的液氣界面引起的蒸氣壓變化，被稱為開爾文方程，這是固液界面潤溼領域三大經典理論之一。數十年來，研究者致力於研究開爾文方程在納米尺度的適用性問題。 -
中國科大納米限域毛細凝聚理論研究成果登《自然》
開爾文方程從理論上描述了毛細管內彎曲的液氣界面引起的蒸氣壓變化，被認為是固液界面潤溼領域三大經典理論之一。然而，當通道直徑縮小到水分子大小相當的尺寸時，由於實驗觀測難度大，開爾文方程裡採用的彎月面曲率、接觸角等概念難以被準確定義，而如何在納米尺度下修正開爾文方程，一直是研究者們關心的問題。 -
量子理論的發展與建立
,最後也歸結為麥克 斯韋方程組;熱現象有熱力學和統計物理的理論.在當時看來,物理學的發展似乎已達到 了顛峰.於是,多數物理學家認為物理學的重要定律均已找到,偉大的發現不會再有了, 理論已相當完善了.以後的工作無非是在提高實驗精度和理論細節上作些補充和修正,使 常數測得更精確而已.英國著名物理學家開爾文在一篇瞻望20世紀物理學的文章中,就曾