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衣服洗干净很简单?物理学家如今才解释清楚背后的原理

2018-03-26 18:08:20 0 业界资讯 | , ,

公众号/DeepTech深科技

把衣服洗干净在常人眼中再简单不过,但是物理学家却不这么认为。现在,科学家们终于从物理学的角度证明了,衣服是如何变干净的。

这项研究的领导者、美国夏威夷大学的研究员 Sangwoo Shin 表示,“或许每个从事家务的人早就自诩掌握了真谛,不过科学家们费了九牛二虎之力,直到今天才掌握了洗涤背后蕴藏的原理。”

“我们之前设想的洗涤剂的工作原理,和它真正的工作原理完全不同。几十年前,洗涤行业的相关人员就意识到,在洗涤布料和衣物时,有一些不为人知的事情发生了,但没人能够确定并发现它们。”

这个问题涉及到衣服微小缝隙中的污垢。缝隙的细孔最窄只有 1 微米宽,是水无法流通的死角。在衣服干燥的过程中,污垢受毛细作用的影响(由表面张力和附着力导致)被吸入孔中。

这些污垢通常是油性的,因而不融于水,所以只能被洗涤剂去除—将污垢包裹起来,使其防水能力失效。但是这些细孔实在是太小了,水流无法进入。因此我们只能假设,当水流经过细孔时,这些颗粒被随机冲掉了。

这解释实在让人难以信服。通过计算扩散速率发现,污垢颗粒即使在洗涤剂的作用下,也需要数小时才能从“宜居”的缝隙中移出并被冲走。这明显与机洗和手洗得到的效果相矛盾。

很显然,洗衣服的过程不能违背物理定律。Shin 开始研究由电场和化学浓度梯度导致的粒子扩散,这两种过程又被称为电泳和化学电泳。两者结合的结果被称为扩散电泳。

谜底的关键似乎在于用清水冲洗洗涤剂。洗衣过程中,肥皂水填满了布料的缝隙,如果缝隙口有水,洗涤剂的分子就会被吸出,同时带走污垢颗粒。即使水没有流动,微小的电场和渗透压力也会持续不断地将颗粒推出缝隙,直到清理干净。整个过程只需要几分钟。

“这是一个特殊的现象,扩散电泳取决于洗涤剂的浓度比,而不是绝对值,”Shin 解释说。“我们的实验证实,即使溶质(洗涤剂)几乎完全消失,扩散电泳仍然可以继续进行。”

Shin 和同事们展示了他们的发现,使用截面为 48×10 平方微米的小管连接到一个大型容器,并且用直径 0.5 微米的聚苯乙烯球代表污垢颗粒。他们首先在主管中放入洗涤剂,然后用清水冲洗,最终有效地吸出了颗粒,而用单纯地使用洗涤剂清洗没有这种效果。

对于洗衣机制造商来说,这一发现意义非凡。有效的冲洗过程不需要液体流动,所以无需多次冲洗循环。

“这表明我们可以简单地将衣服浸泡到水中 20 分钟,而无需换水来进行多轮冲洗。而这将节省大量的水”Shin 说。

-End-

编译:Ren

原文链接:https://cosmosmagazine.com/physics/coming-clean-the-physics-of-doing-the-laundry

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