多年來(lái)，研究人員一直在研究液滴的影響，從雨滴落地的方式到氣溶膠中病原體（如COVID-19）的傳播。眾所周知，緩慢滴落的水滴會(huì)隨著時(shí)間的推移侵蝕表面。但為什么看似柔軟和流動(dòng)的東西能對(duì)堅(jiān)硬的表面產(chǎn)生如此巨大的影響呢？

這項(xiàng)研究的論文第一作者、明尼蘇達(dá)大學(xué)化學(xué)工程和材料科學(xué)系副教授Xiang Cheng解釋道：“在東方和西方文化中都有類似的說(shuō)法，‘滴水穿石’。這樣的諺語(yǔ)意在傳授一個(gè)道德課：‘要堅(jiān)持不懈。即使你很軟弱，當(dāng)你持續(xù)不斷地做某件事情時(shí)你會(huì)產(chǎn)生影響’。但當(dāng)你有像水滴這樣柔軟的東西撞擊像巖石這樣堅(jiān)硬的東西時(shí)，你不禁要問(wèn)：‘為什么水滴撞擊會(huì)造成任何損害？’這個(gè)問(wèn)題是促使我們進(jìn)行研究的原因。”

在過(guò)去，液滴的沖擊只用高速攝像機(jī)進(jìn)行視覺(jué)分析。明尼蘇達(dá)大學(xué)研究人員的新技術(shù)--稱為高速應(yīng)力顯微鏡則通過(guò)直接測(cè)量液滴撞擊表面時(shí)在其下方的力、應(yīng)力和壓力為研究這一現(xiàn)象提供了一種更加定量的方法。

研究人員發(fā)現(xiàn)，液滴施加的力實(shí)際上會(huì)隨著撞擊的液滴擴(kuò)散，而不是集中在液滴的中心，并且液滴擴(kuò)散的速度在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)了音速并在表面上形成了沖擊波。每個(gè)液滴的行為就像一個(gè)小炸彈，爆炸性地釋放其沖擊能量并給予它必要的力量來(lái)長(zhǎng)期侵蝕表面。

除了為研究液滴沖擊鋪設(shè)一條新的途徑外，這項(xiàng)研究還可以幫助工程師為必須經(jīng)受戶外元素的應(yīng)用設(shè)計(jì)更多的抗侵蝕表面。對(duì)此，Cheng和他在明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)計(jì)劃擴(kuò)大這項(xiàng)研究以展開(kāi)針對(duì)不同紋理和材料如何改變液滴產(chǎn)生的力的大小的研究。