微力无边：神奇的毛细和浸润现象

内容概要

刘建林，男，1977年生于青岛。2008年1月于清华大学航天航空学院获得博士学位，现任中国石油大学（华东）工程力学系教授、博士生导师。主要研究内容包括表界面力学、仿生力学、软物质力学等。已发表的学术论文被SCI收录40余篇。

书籍目录

第1章 神奇的毛细和浸润

1.1 表面浸润现象

1.2 表面张力——绷在液体表面的薄膜力

1.3 曲率

1.4 光滑表面上的接触角

1.5 毛细现象

1.6 有趣的尺寸效应

1.7 粗糙固体表面上的接触角

第2章 植物隐藏的魔力

2.1 莲花效应

2.2 亲水基底上产生超疏水状态的秘密

2.3 参天大树能够长多高

第3章 成功驾驭毛细力的智慧小动物

3.1 池塘里的溜冰者——水黾

3.2 水面承载能力最强的昆虫——蚊子

3.3 轻松翻越弯液面的小虫子

3.4 蚂蚁救生筏

3.5 毛细棘轮效应——水鸟喙的摄食

3.6 神奇的沙漠集水本领——纳米比亚沙漠甲虫

3.7 泥浆吸水——德克萨斯角蜥

3.8 蜘蛛网截雾取水

第4章 毛细力驱动的自组装

4.1 MEMS中的毛细粘附现象

4.2 鬼斧神工的碳纳米管自组装形貌

4.2 浑然天成的多级结构

4.2.1 壁虎的脚

4.2.2 贝壳的多级结构

4.2.3 多级毛细粘附结构

4.3 液面上互相吸引和排斥的微小物体

第5章 基于毛细效应的传感装置

5.1 悬臂梁传感器

5.2 液滴-微梁传感器

5.3 薄膜在液滴作用下的大变形

5.4 薄膜的毛细屈曲和褶皱

第6章 驱动液滴运动的司机

6.1 液滴在液体界面上的定向运动

6.2 液滴在固体表面上定向运动

第7章 不可思议的液珠弹珠

7.1 液滴弹簧

7.2 液体弹珠

7.3 液体弹珠的有趣应用

第8章 界面张力在三次采油中的作用

8.1 石油概述

8.2 二次采油之后剩余油的成因

8.3 三次采油中毛细力的作用

附录

附录1托马斯-杨之力学贡献

附录2 麦克斯韦对应用力学的贡献

附录3 细长杆弹性线模型的发展历史

附录4 表面浸润的机制：最小作用量原理简介

作者简介

iphone7手机防水是如何做到的呢？

一根钢针为何能够浮在水面上？

荷花叶子为何能够出淤泥而不染？

往盛满水的杯口继续加水而水为何不溢出？

雨后蜘蛛网上为何留下一串串晶莹的水珠？

蝉为何可以在雨中自如地飞行而不怕淋湿翅膀？

蚂蚁为何会自行聚团从而安然度过洪灾？

所有这些有趣而奇特的现象是如何发生的？又是如何启发人类“向自然学习”而进行仿生设计的？

《微力无边：神奇的毛细和浸润现象》由原点阅读出品。

原点阅读（The Origin）（微信号：ydreadtup），清华大学出版社旗下的图书品牌，秉承“科学，让个人更智慧，让社会更理性”的理念，致力于科学普及和科技文化类图书的出版，传播科学知识、科学精神、科学方法，展现科学的真实、独立、智慧、多变、宽容、动人及迷人。

在日常生活中，我们经常会对这些司空见惯的现象产生疑问：一根钢针为何能够浮

在水面上？荷花叶子为何能够出淤泥而不染？往盛满水的杯口继续加水而水为何不溢出？雨后蜘蛛网上为何留下一串串晶莹的水珠？蝉为何可以在雨中自如地飞行而不怕淋湿翅膀？蚂蚁为何会自行聚团从而安然度过洪灾？所有这些有趣而奇特的现象是如何发生的？又是如何启发人类“向自然学习”而进行仿生设计的？这些新奇的现象都是与毛细和浸润现象息息相关的，它们都涉及到一个关键词，即液体的表面张力。

从日常生活到自然界，再到工农业生产，毛细现象和表面浸润行为真可谓无处不在。通过深入研究而揭示表面张力的作用机制对于我们理解和把握这些浸润现象至关重要，这可以为新型结构和材料的仿生设计奠定理论基础。实际上，自然界中各种各样的毛细和浸润现象启发了人类的灵感，使我们通过“向自然学习”，进而可以仿生、制造出很多新产品，从而产生了表面仿生学这一前沿交叉学科。通过研究毛细和浸润现象，我们可以恰当地配置农药和涂料、合理地进行矿物浮选、制备不沾水和不沾油的材料、研制微小的船舶、合理设计微机电系统的构件、通过表面活性剂进行化学驱油等。

本书的一个重要特点是摒弃了复杂的数学公式和方程描述，通篇只采用了几个必要的简单公式以辅助读者进行理解，其目的是为了通过通俗易懂的语言阐明相对复杂的物理现象的机理。因此，我们相信具有高中以上文化程度的读者均可以毫无障碍地阅读本书。此外，本书也可作为有志于研究固体力学、物理学、仿生学、微纳米材料等领域的研究人员的研究素材。

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