“我学者首次解释了托马斯·杨方程”

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据中国科学技术大学介绍，该校工程科学学院、中科院材料力学行为和设计要点实验室团队研究了固液界面毛细管力的微观起源，揭示了液滴接触线中受力平衡的作用机理，从力学角度给出了杨氏方程的合理解释。 这项研究成果日前发表在《物理评论快报》上。

1805年，英国科学家托马斯·杨氏在研究润湿和毛细管现象时阐述了界面张力和接触角的定量关系。 200年来，杨氏方程成为湿润行业最基本的理论之一。 虽然该方程可以基于热力学能量最小化的方法推导出来，但研究者致力于从力学的角度解释杨氏方程，验证纳米尺度上的比较有效性。 该行业还存在许多重要的科学问题:另一方面，作为控制液滴动力学的重要因素，作用于固液气三相接触线的毛细管力在杨氏方程中并不确定，容易与界面张力的概念相混淆。 另一方面，固液、固气界面张力难以通过实验正确测量，因此杨氏方程式的验证还在继续讨论中。

对比上述课题，研究人员从微观上深入分析和分解了界面张力的物理意义，找到了一种定量描述固液气三相接触线毛细管力的新方法，进一步确定了该毛细管力与界面张力的差异和联系。 在此基础上，建立了描述液滴接触线上毛细管力平衡的理论模型，给出了杨氏方程的力学解释。 该理论得到了分子动力学模拟结果的验证。 结果表明，在小接触角的情况下，固液与液气界面有时会重叠在接触线上，固体表面的液体有序层状结构对毛细管力有重要影响。

该研究不仅为深入了解界面润湿的诸多现象提供了新的认识，而且在微芯片设计、提高低渗透油藏采收率等应用行业也具有重要的科学意义。

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