只要你做过饭，就会有这样的经验。当把水不小心溅到火热的锅里时，水珠先在锅“嗤”地一声后，就开始在锅里开始“随机地游走”，仿佛不受到阻力似的。
目前，对于这个神秘声音的来源，基本没有研究讨论。直到最近，一组来自中国、美国和欧洲的科学家团队对这一现象做了进一步的研究。他们推测，声音来自于液滴中的杂质。
在1756年，德国科学家 Johann Gottlob Leidenfrost 就已经观察到这个现象，他发现如果铁锅的温度远远超过液体的沸腾温度，水滴接触到灼热的铁锅后，会立刻气化，于是在其底部形成了一层水蒸汽，使得水滴悬浮起来。这一现象也被以这位观察者的名字来命名。
后续的研究发现，不只是水，酒精、油滴等液体都会有 Leidenfrost 现象，还存在一个产生 Leidenfrost 液滴的阈值温度，其大小会随着不同的液体发生变化。
在通常情况下，液体的污染是不可避免的。前述研究团队发现，较大的液滴其杂质的浓度也较高, 杂质粒子在液滴周围慢慢形成一种壳。这个外壳干扰了水滴蒸汽垫的形成, 当它撞到基板表面时就会爆炸。
通过操控酒精中的杂质物，研究团队在实验中验证出，如果酒精液滴很纯，它不会爆裂；当它的杂质浓度达到一定程度，就有了这种爆裂现象。
于是，我们可以知道，在厨房中，随着水中杂质浓度的增加, 较大的水滴越容易发生这种爆裂现象。
Leidenfrost 现象具有很炫目的视觉效果。在 2009 年，美国的《流言终结者》（Myth Busters）节目中，有人利用 Leidenfrost 现象，尝试把手沾湿后放进烧熔的铅水里，结果毫发无损。
图| 在2009年的一集“流言终结者”中，实验者把手沾湿后放进烧熔的铅水里，结果毫发无损。
一些物理学家对此也很着迷。例如在 2018 年，一组法国物理学家研究了 Leidenfrost 液滴的运动状况。研究发现，只要液滴不太大，可以用重力或周围的气流，在这种在水平的基板上产生不对称，从而可以将液滴移动到明确的方向。在没有任何不对称或外力来源的情况下, Leidenfrost 液滴最初停留在水平基板上，液滴在其滚动的方向上自旋转和自推动。如果让基板倾斜，虽然液滴没有接触到基板，但其内部的快速流动仍然使得其向低势能处移动, 从而形成了一种单向的、可人为控制的运动机制（类似于棘轮）。这项研究的成果可应用于微电子制造的颗粒输送上。
在前述最新的研究中，研究团队更关心液滴的最终演化进程，尤其是直径为毫米级的大液滴的“命运”与哪些因素有关。他们用高速摄像机和麦克风来监控单个酒精液滴的下降, 这些液滴会降到一个表面加热到超过 Leidenfrost 阈值的基板上。
他们观察到，较小液滴会在较高温（>260 oC）的基板上变小，最后完全被蒸发。对于大的液滴来说，其杂质的相应浓度，使得大的液滴或者蒸发、消失，或者爆裂为小的液滴。
这项研究可应用于液滴传输电子，可以通过调整液滴大小和浓度来控制电子的传输和沉积。另外也可用于热量的迅速扩散, 其中杂质的添加会导致液滴的爆裂，这会导致热量的传输增强。
作者系重庆师范大学物理与电子工程学院副教授
