由明尼蘇達大學雙城分校研究人員領導的一項首次研究揭示了液滴有能力侵蝕堅硬表面的原因。這一發現可以幫助工程師設計出更好、更耐侵蝕的材料。通過使用一種新開發的技術，研究人員得以測量隱藏的數量，如液滴對錶面的衝擊所產生的剪切應力和壓力，這種現像只在視覺上被研究過。

多年來，研究人員一直在研究液滴的影響，從雨滴落地的方式到氣溶膠中病原體（如COVID-19）的傳播。眾所周知，緩慢滴落的水滴會隨著時間的推移侵蝕表面。但為什麼看似柔軟和流動的東西能對堅硬的表面產生如此巨大的影響呢？

這項研究的論文第一作者、明尼蘇達大學化學工程和材料科學系副教授Xiang Cheng解釋道：“在東方和西方文化中都有類似的說法，’滴水穿石’。這樣的諺語意在傳授一個道德課：’要堅持不懈。即使你很軟弱，當你持續不斷地做某件事情時你會產生影響’。但當你有像水滴這樣柔軟的東西撞擊像岩石這樣堅硬的東西時，你不禁要問：’為什麼水滴撞擊會造成任何損害？’這個問題是促使我們進行研究的原因。”

在過去，液滴的衝擊只用高速攝像機進行視覺分析。明尼蘇達大學研究人員的新技術–稱為高速應力顯微鏡則通過直接測量液滴撞擊表面時在其下方的力、應力和壓力為研究這一現象提供了一種更加定量的方法。

研究人員發現，液滴施加的力實際上會隨著撞擊的液滴擴散，而不是集中在液滴的中心，並且液滴擴散的速度在短時間內超過了音速並在表面上形成了衝擊波。每個液滴的行為就像一個小炸彈，爆炸性地釋放其衝擊能量並給予它必要的力量來長期侵蝕表面。

除了為研究液滴衝擊鋪設一條新的途徑外，這項研究還可以幫助工程師為必須經受戶外元素的應用設計更多的抗侵蝕表面。對此，Cheng和他在明尼蘇達大學雙城分校的實驗室已經計劃擴大這項研究以展開針對不同紋理和材料如何改變液滴產生的力的大小的研究。