【封面故事】聲音的力量——液滴的聲懸浮與操控

2020-11-24 西北工業大學新聞網

西工大新聞網7月5日電（臧渡洋）水滴落在桌面上會馬上鋪開並粘在上面，而玻璃彈珠卻可在桌面上滾來滾去，不受粘附。能否讓水滴也像玻璃彈珠一樣在桌面滾動嗎？有辦法，那就是給水滴「穿」上一層微/納米顆粒的鎧甲，這層鎧甲具有一定的疏水性。穿上鎧甲的水滴就變成了「液體彈珠」，不但可以自由滾動，甚至還可以蹦來蹦去。

液體彈珠的彈跳

正因為有這層不潤溼的微/納米鎧甲，使得液體彈珠的轉移和操作非常方便，並且非常適合於用作微型的生物/化學反應器。但這層鎧甲的存在對有效地在液體彈珠內部添加化學反應物是不利的。怎麼把它穿的鎧甲打開呢？藉助超聲懸浮可以方便地實現液體彈珠表面顆粒層的打開與閉合，這種開/合操作完全可逆，就像開門關門一樣。當門打開時，把化學反應物放進去，再關好門。液體彈珠還可以從聲場中取出來而保持完好無損，從而為後續分析檢測創造便利。

液體彈珠的聲懸浮與表面開/合操控

超聲懸浮還可以讓兩個或多個液體彈珠發生凝並，即融合聚並變成一個。整個過程不藉助任何外力，只需把液體彈珠放在聲懸浮裝置中，聲場就會把液體彈珠拉到一起並使之發生凝並。在液體彈珠內裝載不同的反應物質，利用聲懸浮使之凝並，這將會是誘發化學反應的一種新方式。

超聲懸浮誘導的液滴凝並

更為神奇的是，聲懸浮條件可使液滴轉變為氣泡。不同於吹氣泡，超聲懸浮條件下，液滴先被聲場「壓」成薄片狀的液膜，繼續調控聲場，薄膜被彎成碗狀，碗的邊緣會快速收縮合口，最終形成一個閉合的氣泡。值得一提的是，聲懸浮條件下的氣泡具有超穩定性，一般要半小時以上才會破裂。

超聲懸浮條件下的液滴-氣泡轉變

超聲懸浮為液滴提供了一種難得的地面模擬的太空無容器環境。聲懸浮液滴除了在物理、力學等基礎研究方面大有用途之外，還可作為功能強大的新型微反應器，將在生命科學、新藥物研製和新材料開發等領域發揮重要作用。總之，超聲懸浮是對液滴進行懸浮操作的強大工具，只要我們能夠精確控制聲場，液滴就能做出相應的響應。

（策劃：趙媛媛）

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