你經常做飯嗎？如果是的話，那你是否注意到過這樣一個問題：有時食物總是會粘在鍋的中心位置，即使你所使用的鍋是包裹了不粘塗層的不粘鍋。

其實，這個問題與一個普遍存在於自然界和工程中的現象有關，那就是形成於液體薄膜上的“乾燥斑”（dry spot）。我們都看到過，玻璃窗上的一層連續的水膜會突然破裂，留下一片片乾燥的區域的。

最早注意到這種現象的是前蘇聯物理學家Y. Karetnikov，在一篇於1954年發表的論文中，他描述了液體在沿垂直的表面流下時，在液體薄膜上會出現破裂的現象。這種現象幾乎無處不在，但對於一些工程裝置來說，它會帶來一些負面作用。比如在蒸餾塔、工業洗滌器，以及其他一些帶有電子元件的裝置中，當形成於固體表面的液體薄膜中出現乾燥斑時，會導致如電子元件急劇過熱，或熱傳遞和質量傳遞下降等情況。

若想要很好地規避這類現象，我們有必要更好地理解乾燥斑是如何形成於液體薄膜中的。現在，一篇新發表於《流體物理》雜誌上的論文，揭示了液體薄膜在固體表面的破裂過程。

在這項研究中，捷克科學院的兩名物理學家利用不粘鍋，對這一問題進行了測試。他們在一個塗有陶瓷顆粒的不粘鍋中加熱一層薄薄的葵花籽油，油膜厚度僅為1.5毫米。接著，他們用攝像機記錄了用最大火力加熱葵花籽油的過程，並測量了在葵花籽油中的乾燥斑的形成和增長速度。

他們觀察到，鍋子中的最初連續的葵花籽油薄膜在加熱時突然開始破裂，且這個乾燥區域是從鍋子的中心開始向外延展的，然後很快達到最大直徑。

接著，他們用塗有聚四氟乙烯（鐵氟龍）的平底鍋進行了實驗，觀察到了相同的現象。

他們意識到，是由於一種被稱為“熱毛細管對流”的現象，導致了油膜上出現了乾燥斑，而這種熱毛細管對流過程，會將油往鍋子的邊緣“吸”。這種現象像是“馬蘭戈尼效應”（Marangoni effect）的變體，馬蘭戈尼效應是一種由蒸發引起的液體流動，比如當酒杯在旋轉時，杯壁上會留下一層薄薄的酒，由於薄膜中的酒精的蒸發速度比酒中的其他液體（主要是水）更快，導致薄膜的表面張力高於酒杯底部的酒，由此產生的表面張力梯度造成了馬蘭戈尼效應，使得酒會沿著酒杯的一側流動。

而與不粘鍋中的油所遇到的熱毛細管對流情況有關的，是當平底鍋在受熱時，油膜中產生了溫度梯度。隨著溫度的升高，液體的表面張力會相應降低，從而產生表面張力梯度。邊緣的更強的張力會牽引中心部分粘性更弱的油，導致油從中心向外流，使得油膜越來越薄，發生變形，直到破裂，於是在鍋的中央留下一塊乾燥的區域。

研究人員觀察到，當超過一定的大小，油膜上的洞就無法再癒合。對每種液體來說，這個臨界點因溫度而異。任何超過臨界大小的乾燥區域都會迅速擴大。

研究人員說，現在我們已經很清楚食物為什麼會粘在鍋的中間了。我們可以採取一些簡單的措施來避免這種情況的發生：比如你可以增加油膜厚度，以防止油膜過於薄；又或者你可以使用底部更厚的平底鍋，以便更加均勻地傳熱，防止溫度梯度的出現；在不影響烹飪效果的情況下，也可以嘗試用適中的火力……

對於廚藝可能很精湛的你來說，這些建議或許聽上去非常顯而易見。不過對於深受液體薄膜破裂所擾的一些科學家和工程師來說，這項研究的發現對他們來說或許將有著重要的應用，因為液體在固體表面上的流動是食品、化學和製藥行業等許多過程的關鍵所在。

#創作團隊：

文：小雨

圖：雯雯子

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0035547

https://www.newscientist.com/article/2266479-physicists-finally-figured-out-why-food-sticks-to-a-frying-pan/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=physics

https://arstechnica.com/science/2021/02/the-physics-of-why-food-sometimes-sticks-to-the-center-of-a-nonstick-frying-pan/

封面圖：PIRO4D / Pixabay