第1章 毛细和浸润现象概述

1.1 表面浸润现象

由液体的表面张力引起的表面浸润现象在我们的日常生活中无处不在，而实际上关于这方面的研究已经有非常悠久的历史。据记载，我国早在西汉时就有了对表面浸润现象的定性观察和描述，例如淮南王刘安撰写的《淮南子》一书中《说林》一篇就有“山云蒸，柱础润”的说法，其意思是说，当空气中的含水量多到可以看到山中云气蒸腾的程度时，建筑物支柱的基石表面就会因附着水层而变得湿润；宋代大诗人苏洵对这一现象有了“础润而雨”（苏洵，《辨奸论》）的进一步概括，说的就是当接近地表的基石变得湿润时老天就很快要下雨了。这是由于础石是多孔性材料，当空气湿度很大时，也就是说空气中蕴含了大量水分时，由于毛细凝结，水蒸气会在础石的微孔中凝结成滴从而使础石变得潮湿，很显然这一现象可以作为要下雨的预示[1-3]。

除此之外，在唐诗宋词里面也大量存在着关于物体表面浸润性的生动描写，例如“长使英雄泪满襟”（杜甫，《蜀相》）、“无为在歧路，儿女共沾巾”（王勃，《送杜少府之任蜀州》）、“人生有情泪沾臆，江水江花岂终极”（杜甫，《哀江头》）、“羊公碑尚在，读罢泪沾襟”（孟浩然，《与诸子登岘山》）、“望君烟水阔，挥手泪沾巾”（刘长卿，《饯别王十一南游》）、“忽闻歌古调，归思欲沾巾”（杜审言，《和晋陵陆丞早春游望》）、“风雨长亮话别离，忍着清泪湿燕脂”（陆游，《新津小宴之明日欲修觉寺以雨不果呈范舍人》）、“追亡事，今不见，但山川满目泪沾衣。”（辛弃疾，《木兰花慢·席上送张仲固帅兴元》）等。这些诗句都展示了眼泪对于眼皮和眼球的浸润作用，同时也可以想象眼睛中分泌出的泪水粘在固体表面（衣襟、手巾等）上的过程。其他相关的诗文还有“山路元无雨，空翠湿人衣”（王维，《山中》）、“纵使清明无雨色，入云深处亦沾衣”（张旭，《山中留客》）等，也详细描写了雨滴和雾水沾湿、浸润衣服的现象。

实际上，各种各样的浸润现象从方方面面影响着我们的衣食住行[3][4]。例如，在衣着方面，我们希望穿的内衣对于汗液具有良好的浸润性能，穿起来才会感到舒适；而对于外衣，我们则不希望它容易被污水或油脂浸润，以免轻易弄脏。对于下雨时穿的雨衣，我们希望它有良好的防水性能，因此通常会涂上一些防水涂料，使它不容易被水所浸润——水滴一旦掉在它上面，就会像荷叶上的水珠一样很容易滑掉或弹开。当衣服穿脏了需要洗涤的时候，要用溶于水的洗衣粉来清洗——洗衣粉的作用就是通过改变水的表面张力，使污垢容易脱离衣服表面。在饮食方面浸润性也显得非常重要，因为品味和消化的必要条件就是食物必须易于被消化液所浸润。另外，建造房屋时我们用灰浆作为黏合填充物来砌砖墙，同时在扎好的钢筋骨架中浇注混凝土，都是利用了材料的浸润性能，使填充物和骨架接触密实，从而结合得更加牢固。为了保证涂料良好的质量，使它们涂上后不掉皮、不起泡，就需要它们与被涂物之间有充分的浸润性。要改善土壤的吸水性能，必须设法改良水对土壤颗粒的浸润性能。我们用钢笔或毛笔写字时，笔尖必须具备适当的对墨水的浸润作用。而我们身体的一些器官也显示了奇妙的浸润特性，如眼泪对眼睛有很好的浸润性，以润湿眼球，从而缓解眼睛的疲劳，保护视力。再比如，用来擦汗的纸巾、吸汗的灯芯绒运动衫、擦地的海绵、砖块、粉笔等都具有疏松多孔的结构，所以很容易吸收汗液、水分以及油滴等。作为盆景的假山，可以利用毛细力的输运作用使假山上的植物得到充分的水分。类似地，植物的生长也是靠利用体内的毛细管把土壤中的水和养分吸收到有机体中。

表面的浸润性能对于工业应用具有重要的实际意义。例如，浸润性对于化妆品的润湿皮肤性能、胶卷表面感光物质的均匀涂布、石油和天然气的驱替或回收、汽车工业中的镀层与涂层、农药的配制、矿物的浮选等都起着重要作用。另外，在彩色感光材料和录音、录像磁带的生产过程中，都要将配制好的感光材料涂液或磁浆，快速而均匀地涂布到固体薄片基底上，然后再经过干燥、裁剪、整理等工序包装成产品。能不能又快又均匀地将感光材料涂到胶片上去，就与所涂液体能否在固体薄片基（通常是采用涤纶薄膜片基）上润湿，并能迅速铺展开来密切相关。再有一个例子是，现在比较讲究的印刷纸张表面通常要加上一层薄薄的涂料，其涂布过程也要考虑涂液对纸基必须具备良好的润湿性能。在印刷过程中，要又快又好地印出多彩的图案来，各种油墨对纸张也需要具有良好的润湿性能。类似的问题，还有墙壁的刷浆、家具的刷漆、胶带的黏合等，都需要使液体具有良好的润湿性能。而机器上涂抹的润滑油由于具有好的浸润性，从而可以通过空隙进入机器零部件中去润滑。采矿的时候，为了防止矿尘颗粒的弥漫，需要实现喷洒雾滴以湿润这些颗粒。