在我们生活日常中都要喝咖啡,当咖啡不小心溅出来,会在桌面上形成一团污渍,待它蒸发后,污渍就会变成一个边缘颜色深,内部颜色浅的环状斑块,这就是咖啡环效应。今天我们就来聊聊咖啡环效应原理。

为什么咖啡渍的边缘颜色会更深呢?其实不单单是咖啡,在茶、果汁、红酒等液体中也存在着咖啡环效应。大量观察表明,只要易挥发的液体中有固体微粒悬浮或者溶解了难以挥发的物质。那么当液体挥发完毕后,残留下的固体都有可能形成类似的环状结构。这种环状结构具体是怎么产生的呢?

当一滴液体洒落在桌面后,在表面张力的作用下,会形成一个中间厚边缘薄的球面液滴。由于液滴边缘的表面积与体积之比更大,所以单位体积的水分蒸发速度更快,液滴中间的水分子就会携带溶质和颗粒来到边缘进行补充又因为固体表面对液滴产生的摩擦阻力,阻止固液面向里收缩。这样下来溶质不断在边缘累积,颜色也就逐渐加深了咖啡环效应。由此而来。一般情况下,液体的这种咖啡环效应是不受人们欢迎的。

例如在喷墨打印或者制膜的时候,液体的布菌分布会影响打印成品的效果和薄膜的厚度。这种情况下,科学家就需要对咖啡环效应进行一个抑制。但事物都有两面性,咖啡环在某些领域也有其用武之地。美国哈佛大学加州大学的研究人员发现,如果液体中含有多种颗粒,那么咖啡环效应就会将这些颗粒按照不同的尺寸分离开直径最小的颗粒会聚集在咖啡环的最外侧,而直径最大的颗粒则会出现在咖啡环的内侧。这可以为物质的分离。提供一种简单快捷的方式,无需复杂的仪器设备就可以完成对几种不同物质的分析鉴定。

从另一方面,人们从咖啡环效应里还延伸出一种威士忌网,也就是稀释后的美国产威士忌蒸发液滴的自组装网状结构。经过稀释后的威士忌,其内部水不溶性的化学分子会向液滴表面移动,形成薄膜。在液滴蒸发过程中,薄膜受到表面用力的挤压会变得扭曲,然后变成胶。当应力超过一定数值时液滴崩塌成的胶落在固液表面上,形成网状结构。不同的威士忌有不同的成分,所结成的网状结构也各不相同。但同一种威士忌,其网状结构的纹路却十分稳定,因此这种网状结构完全可以被当做液体的化学指纹,以此来识别酒的真伪。

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