詩詞中的潤濕現(xiàn)象

　　蜀相祠堂何處尋， 錦官城外柏森森。

　　映階碧草自春色， 隔葉黃鸝空好音。

　　三顧頻煩天下計， 兩朝開濟(jì)老臣心。

　　出師未捷身先死， 長使英雄淚滿襟。

　　這是杜甫（712～770）移居成都，筑草堂于浣花溪，找尋武候詞堂拜謁后，所寫的七言律詩《蜀相》。他到詞堂后，一不觀賞殿宇巍巍，二不瞻仰塑像凜凜，而注意到的是階前的萋萋碧草，葉外黃鸝的數(shù)聲嚦嚦。在這荒涼之境，想到了三顧茅廬的知人善任、始終不渝，兩朝輔佐的鞠躬盡瘁、死而后己，使得詩人不禁老淚縱橫，襟袖濕潤。有詩評人指出：“長使英雄淚滿襟”的英雄，當(dāng)指包括老杜在內(nèi)的千古仁人志士，為國為民的大智大勇者。這篇以“淚滿襟”的潤濕現(xiàn)象來抒發(fā)情感的七律，使天下后世，凡讀到此詩者，無不為之感動。

　　唐宋詩詞作者常以潤濕現(xiàn)象來抒發(fā)別離和思念的感情，有的還引申到美麗景色使身心受到滋潤和浸染，用以展示景色給人心靈以詩意般的感受，如：

　　王勃（約650～676）《送杜少府之任蜀川》詩

　　海內(nèi)存知己，天涯若比鄰。無為在歧路，兒女共沾巾。

　　杜甫《哀江頭》詩

　　人生有情淚沾臆，江水江花豈終極。

　　孟浩然（689～740）《與諸子登峴山》詩

　　羊公碑尚在，讀罷淚沾襟。

　　劉長卿（？～約786）《餞別王十一南游》詩

　　望君煙水闊，揮手淚沾巾。

　　杜審言（約645～708）《和晉陵陸丞早春游望》詩

　　忽聞歌古調(diào)，歸思欲沾巾。

　　陸游（1125～1210）《新津小宴之明日欲修覺寺以雨不果呈范舍人》詩

　　風(fēng)雨長亮話別離，忍著清淚濕燕脂。

　　王維（？～761）《山中》詩

　　荊溪白石出，天寒紅葉稀。山路元無雨，空翠濕人衣。

　　張旭《山中留客》詩

　　縱使清明無雨色，入云深處亦沾衣

　　辛棄疾（1140～1207）《木蘭花慢•席上送張仲固帥興元》詞

　　追亡事，今不見，但山川滿目淚沾衣。

　　這里，濕、沾均是潤濕之意。

　　另外，在唐詩中也有描述不潤濕現(xiàn)象的，如：

　　韋應(yīng)物（約735～約792）《詠露珠》詩

　　秋荷一滴露，清夜墜玄天；
將來玉盤上，不定始知圓。

　　這首五言絕句，生動地描繪了秋夜由天空掉下的一個露滴，落到展開的碧綠的荷葉面上，成為晶瑩透亮的水珠，滾來滾去，煞是好看�！安欢ㄊ贾獔A”是說，由于看到露珠在荷葉面上滾來滾去，方知它是圓球形。其實，秋荷上的露珠也并不一定是從天空掉下來的，秋天的后半夜空氣濕度大、溫度低，在荷葉上凝結(jié)的露水，也可形成露珠。但由現(xiàn)代科學(xué)來看，韋應(yīng)物這首詩正是描述了一滴露珠在荷葉面上不潤濕的力學(xué)現(xiàn)象。

　　稍后，白居易（772～846）也有—首七絕《暮江吟》

　　一道殘陽鋪水中，半江瑟瑟半江紅。

　　可憐九月初三夜，露似真珠月似弓。

　　也寫出了露珠在綠草上的不潤濕現(xiàn)象，這首詩是詩人于822年赴任杭州刺史途中所寫。他選取了在紅日西沉的黃昏和一彎新月的夜晚兩組景物，生動地描繪了所觀察到的力學(xué)現(xiàn)象。前兩句描繪了殘陽中水面皺起的波動；
接近地平線的“殘陽”，幾乎貼著地面照射過來，像是鋪在江上；
而暮江水緩緩流動，江面上細(xì)波粼粼，波紋受光多的部分，呈現(xiàn)一片紅色；
受光少的部分，呈現(xiàn)出如同青玉般的深碧色。后兩句描繪了新月下，露珠在江邊綠草上因不潤濕而形成的奇特現(xiàn)象：九月初三夜十分可愛，當(dāng)涼露下降的時候，江邊草地的綠草上因為不潤濕而掛滿了晶瑩的露珠；
在弓也似的一彎新月的清輝下，圓潤的露珠閃爍著光澤，就像是鑲嵌在上面的粒粒真珠（珍珠）一樣。

　　潤濕與不潤濕的現(xiàn)象

　　液體對固體的潤濕，是指液體與固體接觸時，沿固體表面擴(kuò)展的現(xiàn)象。將一滴液體，放在一均勻平滑的固體表面上，會產(chǎn)生兩種情況：一種是液體完全展開覆蓋固體表面；
另一種是液滴與固體表面形成一定角度仍留在固體表面上。這個在固、液、氣三相交界處，自固—液界面經(jīng)過液體內(nèi)部到氣—液界面之間的夾角稱為接觸角。接觸角的大小可以反映液體對固體表面的潤濕情況。接觸角越小，潤濕得越好。習(xí)慣上將液體在固體表面上的接觸角等于90度時定義為潤濕與否的界線。接觸角大于90度時為不潤濕，接觸角小于90度則為潤濕。水與潔凈玻璃的接觸角等于零度，為完全潤濕；
水與荷葉面的接觸角等于160度，水銀與玻璃面的接觸角等于138度，所以水在荷葉面上、水銀在玻璃面上都收縮成球形。杜甫、孟浩然、陸游、王勃、王維、辛棄疾等人的詩詞涉及的是潤濕，而韋應(yīng)物、白居易的詩，則涉及的是不潤濕。

　　古人對潤濕的作用早有認(rèn)識。這可以追溯到漢代淮南王劉安（公元前179～前122）等撰寫的《淮南子》。它所表述的道家自然天道觀中就有“山云蒸，柱礎(chǔ)潤”之說。后來宋代蘇東坡之父蘇洵（1009～1066）在《辨奸論》中說“月暈而風(fēng)，礎(chǔ)潤而雨”，己明確將礎(chǔ)石由于潤濕出現(xiàn)的潮濕，作為將要下雨的征兆。

　　在自然界、工程技術(shù)和日常生活中，液體對固體的潤濕或不潤濕的現(xiàn)象，都有重要的意義和作用。彩色感光材料和錄音、錄像磁帶在生產(chǎn)過程中，都要將配制好的感光材料涂液或磁漿，又快又均勻地涂布到固體薄片基上，然后再干燥、裁切、整理包裝成產(chǎn)品。能不能又快又均勻地涂上去，就與所涂液體能否在固體薄片基（現(xiàn)通常是采用滌綸薄膜片基）上潤濕，并能迅速鋪展開來密切相關(guān)�，F(xiàn)在比較講究的印刷紙張表面要加上一層薄薄的涂料，其涂布過程，也要考慮涂液對紙基需要有好的潤濕性能。在印刷過程中，要又快又好地印出多彩的圖案來，各種油墨對紙張也要有好的潤濕性能。即使在日常生活中，墻壁的刷漿、家具的刷漆，均都有類似的需要潤濕性能好的問題。

　　生活中有時也希望應(yīng)用不潤濕的現(xiàn)象。幾乎所有的防水用品，都希望水對其不潤濕。例如風(fēng)雨衣、雨傘的面布，就希望雨水打到上面后不潤濕，形成水珠落下。

　　據(jù)報道，法國有人看到郁金香花瓣的表面粗糙不平，上面有許多仿佛人汗毛形狀的物質(zhì)，當(dāng)水滴到郁金香花瓣上，因不潤濕而保持圓珠狀，并自己滑走；
從而試圖把這—原理嫁接到汽車的擋風(fēng)玻璃上，將玻璃表面處理成郁金香花瓣表面那樣，使水不潤濕。當(dāng)雨水落在這種經(jīng)過改造的擋風(fēng)玻璃上，會保持圓珠狀，當(dāng)汽車在行駛時，由于風(fēng)吹和重力的原因，雨滴會自動滑走。如果這一技術(shù)成功，汽車的雨刷將成為擺設(shè)。其實，從一千多年前韋應(yīng)物和白居易的詩，我們也應(yīng)可以得到啟發(fā)，仿照荷葉面或小草表面來改造玻璃面，使雨水完全不潤濕，也可以達(dá)到雨滴從汽車擋風(fēng)玻璃上自動滑走的目的。

　　若將一滴液體放到另—種與它不相混溶的液體表面上，則也有潤濕與否（亦稱能否鋪展）的現(xiàn)象�？赡馨l(fā)生以下情況：

　�。�1）一種液體（例如油）在另一種液體（例如水）表面上不鋪展，形成漂浮的油滴式“透鏡”；

　　（2）一種液體在另一種液體表面上展開形成雙重膜，此膜有相當(dāng)?shù)暮穸�，形成�?—液2、液1—空氣兩個界面；

　　（3）一種液體在另一種液體上展開，形成一單分子膜。

　　這種液體與另一種和它不相溶的液體之間潤濕與否的現(xiàn)象，與發(fā)展先進(jìn)的石油采油技術(shù)密切相關(guān)。儲存在地下石灰?guī)r及其他多孔介質(zhì)中的原油，經(jīng)過噴出（稱為一次采油）、抽油機(jī)抽出（稱為二次采油，即平時所常見的“磕頭機(jī)”抽油）之后，幾乎還有一半的石油仍粘附在孔隙中，沒有被采出。為迫使這些原油流出，就要在采油井附近再打另一口井，將水（或其他高分子液體）從這口井加壓注入，迫使粘附在孔隙中的石油流向采油井再抽出（稱為三次采油）。現(xiàn)代科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，將水加壓注入高黏性液體中時，水是按照具有很多細(xì)小、且高度分枝的線段組成的珊瑚狀分形結(jié)構(gòu)前進(jìn)的，稱為黏性指進(jìn)（viscous fingering）。黏性指進(jìn)限制了三次采油的效率。因為當(dāng)水的細(xì)指如果由于潤濕性能不合適，而從注水井到采油井這段距離破裂時，就有可能從采油井采出的將是注入的水，而不是油，或者水多油少，實際上在油田經(jīng)常發(fā)生這種情況。因此必須在研究黏性指進(jìn)時，考慮潤濕的因素，才能找到控制它們的方法，以發(fā)展先進(jìn)有效的采油技術(shù)。

　　潤濕過程與表面張力

　　潤濕過程大體可分為沾濕、浸濕和鋪展三類，每一類過程都有定量的公式。用它可判斷這一過程能否自發(fā)（或自動）進(jìn)行。

　　沾濕是指液體與固體接觸，變液—氣界面、固—氣界面為固—液界面的過程。液體對固體的沾濕能力可用黏附功表示。根據(jù)熱力學(xué)，在等溫等壓的條件下，黏附功大于等于零的過程為天然過程的方向，這就是沾濕過程自發(fā)進(jìn)行的條件。

　　浸濕是指固體浸入液體的過程，即變固—氣界面為固—液界面的過程。液體表面在此過程中沒有變化。浸濕的能力用浸濕功表示。若接觸角小于等于90度，則浸濕過程可以自發(fā)進(jìn)行。

　　鋪展是一種液體在另一種液體表面上展開的過程。其能力可用鋪展系數(shù)來判斷。若鋪展系數(shù)大于等于零，則液體1能在液體2表面上自動展開。

　　上面3種情況均涉及到液體的表面張力，那么什么是表面張力，它與潤濕現(xiàn)象有什么關(guān)系呢？

　　表面張力是指垂直地通過液體表面上任一單位孤元，并沿著與液面相切方向的收縮表面的力，以毫牛頓／米為單位。液體表面的基本特性是傾向于收縮，即總是盡可能取最小的表面積。一切容積相等的形狀中，以球形的表面積為最小，因此小量水銀和露珠會趨向球形，肥皂膜會自動收縮成滴。這就是韋應(yīng)物、白居易詩中露珠成球形的原因。

　　表面張力與潤濕現(xiàn)象的聯(lián)合作用，形成了毛細(xì)現(xiàn)象。毛細(xì)現(xiàn)象是指將內(nèi)徑很小的管子（毛細(xì)管）插入液體中，管內(nèi)外液面產(chǎn)生高度差的現(xiàn)象。當(dāng)液體與構(gòu)成毛細(xì)管的固體材料潤濕時，管中液面升高并呈凹狀；
當(dāng)液體與毛細(xì)管材料不潤濕時，管中液面下降并呈凸形。毛細(xì)現(xiàn)象在科學(xué)技術(shù)和日常生活中經(jīng)常可以見到。含有許多毛細(xì)管的“上水石”，可作為盆景中的假山，它正是靠水因毛細(xì)作用上升的現(xiàn)象，使假山上的植物獲得水分。植物所以能夠通過根和莖將土壤中的水和養(yǎng)分吸收到自己機(jī)體中來，其重要原因也是憑借機(jī)體中的毛細(xì)管和毛細(xì)作用。潤滑油通過孔隙進(jìn)入機(jī)器部件中去潤滑機(jī)器，靠的也是毛細(xì)現(xiàn)象。大量多孔性的固體材料，如紙張、紡織品、粉筆等能夠吸水，是因為水能潤濕這些多孔性物質(zhì)，從而產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象�！吧皆普�，柱礎(chǔ)潤”，“礎(chǔ)潤而雨”，礎(chǔ)石是多孔性材料，也正是因空氣中所含大量水分，由毛細(xì)現(xiàn)象使礎(chǔ)石潮濕，從而可以作為空氣濕度大，將要下雨的預(yù)示。

　　既然表面張力和潤濕與否密切相關(guān)，那么有沒有辦法通過加合適的化合物，使液體的表面張力改變，從而改變液體對固體的潤濕性能呢？科學(xué)研究表明，確有這樣的化合物能在很低濃度時，就可顯著降低液體的表面張力和固—液界面的界面張力，以改善潤濕性能，使液體更易潤濕固體。也有這樣的化合物，它能降低液—液界面的界面張力，使一種液體能在另一種與它不相混溶的液體表面上更快、更好地鋪展。這樣的化合物，通常稱為表面活性劑或潤濕劑。我國感光材料工業(yè)就曾使用過合適的潤濕劑，攻克了因潤濕性能不好、涂布不夠均勻，致使沖洗出的彩色電影膠片發(fā)花、發(fā)閃的難題。我們相信，如選擇采用了合適的表面活性劑，將會提高三次采油的采油效率，也會制造出更多更好的工業(yè)品與日常生活用品來。

　　關(guān)鍵詞：潤濕，不潤濕，表面張力，毛細(xì)現(xiàn)象

　　（本文原刊登于《自然雜志》2006年28卷1期，原文中的公式及圖己略去。作者授權(quán)天益發(fā)布）

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