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?馬蘭戈尼效應在生活的應用【舉例】

來源:AQiao Echo 醫用生物力學 瀏覽 1399 次 發布時間:2023-12-19

自然界中許多定向傳輸過程,都是源于馬蘭戈尼效應。現在,已經有很多人利用馬蘭戈尼效應,在各種工程實際中做了很多事情。略舉幾例,勾引一下同學們的興趣。


(1)為什么不能往開水中尿尿?


傳說,如果一個人往熱水里撒尿,水流會逆流而上,最終小便的人會被燙傷。


很多人都針對這個問題做了相關的實驗。實驗結果和傳說中的一樣,熱水確實是順著溫度較低的水流逆流而上、燙傷了小JJ。因為,根據馬拉高尼效應,表面張力大小與溫度也有關系,熱水會逆流而上!


(2)為什么專家們經常呼吁人們打掃廁所?


一個看似干凈的馬桶,其實里面往往藏著各種肉眼看不見的細菌或者其他東西。


馬桶不干凈,人往馬桶里小便。一不留神,細菌就會順著尿液逆流而上,引起尿路感染。


(3)在冶金、化工等領域的應用


如在冶金行業,由于不同金屬融化后表面張力具有差異,馬蘭戈尼效應會使得液態金屬發生遷移,從而導致不同金屬的分布發生不均。看似毫不相干的葡萄酒與冶金行業,因為同一種物理現象而聯系在了一起!


(4)海水淡化技術


海水和空氣之間的界面存在鹽濃度梯度,并由此產生表面張力梯度,其為溶劑和鹽份溶質的移動提供了額外驅動力。沿該界面的表面張力梯度產生切向力,形成滑移速度,驅動海水從低表面張力向高表面張力方向流動。

海水淡化技術的“馬蘭戈尼效應”工作原理


(5)馬蘭戈尼效應驅動液體鋪展及其生成圖案,以及液面下方溶液中的馬蘭戈尼對流


香港大學機械工程系岑浩璋教授率領的研究團隊,偕同法國巴黎-薩克雷大學Neil Ribe教授的研究團隊,在Nature Communications上發表了他們的研究論文:Generation of Fermat’s spiral patterns by solutal Marangoni-driven coiling in an aqueous two-phase system,[2023-12-17].DOI:10.1038/s41467-022-34368-5。該論文報道了他們在流體力學范疇取得突破性進展,在雙水相系統中開發出一種三維的馬蘭戈尼物質傳輸體系。物質可以按照規律性方式從液滴傳輸至液面并且有序鋪展,為開發革新性自動紡絲系統提供嶄新思路。

馬蘭戈尼效應驅動液體鋪展及其生成圖案,以及液面下方溶液中的馬蘭戈尼對流


(6)馬蘭戈尼效應用于血液透析


在醫學上,有人利用馬蘭戈尼效應發明了一個系統來幫助血液透析。使用這種方法,人們可以更有效地實現血液透析。

馬蘭戈尼效應用于血液透析


血液透析是急慢性腎功能衰竭患者腎臟替代治療方式之一。通過將體內血液引流至體外,經一個由無數根空心纖維組成的透析器中,血液與含機體濃度相似的電解質溶液(透析液)在一根根空心纖維內外,隔著半透膜進行透析,通過彌散、超濾、吸附和對流原理進行物質交換,清除體內的代謝廢物、維持電解質和酸堿平衡;同時清除體內過多的水分,并將經過凈化的血液回輸的整個過程稱為血液透析。


血液透析的主要原理是:彌散+對流。那么,如何做到血液和電解質溶液的均勻鋪展和對流擴散,就是一個關鍵的科學技術問題。“馬蘭戈尼效應”又在其中發揮了重要作用。


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