微力无边：神奇的毛细和浸润现象 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘建林 著

图书标签:

• 物理学
• 毛细现象
• 浸润现象
• 表面张力
• 流体力学
• 科学普及
• 自然科学
• 科普读物
• 微观世界
• 趣味科学

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302434542

版次：1

商品编码：11971198

包装：平装

开本：32开

出版时间：2016-07-01

用纸：胶版纸

页数：270

字数：190000

产品特色

编辑推荐

　　iphone7手机防水是如何做到的呢？
　　一根钢针为何能够浮在水面上？
　　荷花叶子为何能够出淤泥而不染？
　　往盛满水的杯口继续加水而水为何不溢出？
　　雨后蜘蛛网上为何留下一串串晶莹的水珠？
　　蝉为何可以在雨中自如地飞行而不怕淋湿翅膀？
　　蚂蚁为何会自行聚团从而安然度过洪灾？
　　所有这些有趣而奇特的现象是如何发生的？又是如何启发人类“向自然学习”而进行仿生设计的？
　　《微力无边：神奇的毛细和浸润现象》由原点阅读出品。
　　原点阅读（TheOrigin）（微信号：ydreadtup），清华大学出版社旗下的图书品牌，秉承“科学，让个人更智慧，让社会更理性”的理念，致力于科学普及和科技文化类图书的出版，传播科学知识、科学精神、科学方法，展现科学的真实、独立、智慧、多变、宽容、动人及迷人。

内容简介

　　在日常生活中，我们经常会对这些司空见惯的现象产生疑问：一根钢针为何能够浮
　　在水面上？荷花叶子为何能够出淤泥而不染？往盛满水的杯口继续加水而水为何不溢出？雨后蜘蛛网上为何留下一串串晶莹的水珠？蝉为何可以在雨中自如地飞行而不怕淋湿翅膀？蚂蚁为何会自行聚团从而安然度过洪灾？所有这些有趣而奇特的现象是如何发生的？又是如何启发人类“向自然学习”而进行仿生设计的？这些新奇的现象都是与毛细和浸润现象息息相关的，它们都涉及到一个关键词，即液体的表面张力。
　　从日常生活到自然界，再到工农业生产，毛细现象和表面浸润行为真可谓无处不在。通过深入研究而揭示表面张力的作用机制对于我们理解和把握这些浸润现象至关重要，这可以为新型结构和材料的仿生设计奠定理论基础。实际上，自然界中各种各样的毛细和浸润现象启发了人类的灵感，使我们通过“向自然学习”，进而可以仿生、制造出很多新产品，从而产生了表面仿生学这一前沿交叉学科。通过研究毛细和浸润现象，我们可以恰当地配置农药和涂料、合理地进行矿物浮选、制备不沾水和不沾油的材料、研制微小的船舶、合理设计微机电系统的构件、通过表面活性剂进行化学驱油等。
　　本书的一个重要特点是摒弃了复杂的数学公式和方程描述，通篇只采用了几个必要的简单公式以辅助读者进行理解，其目的是为了通过通俗易懂的语言阐明相对复杂的物理现象的机理。因此，我们相信具有高中以上文化程度的读者均可以毫无障碍地阅读本书。此外，本书也可作为有志于研究固体力学、物理学、仿生学、微纳米材料等领域的研究人员的研究素材。

作者简介

　　刘建林，男，1977年生于青岛。2008年1月于清华大学航天航空学院获得博士学位，现任中国石油大学（华东）工程力学系教授、博士生导师。主要研究内容包括表界面力学、仿生力学、软物质力学等。已发表的学术论文被SCI收录40余篇。

内页插图

精彩书评

　　惊叹于大自然的神奇和奥妙，司空见惯的日常生活现象隐藏着如此之深的自然规律，人类发现了，利用了。作为受益者，知其然也知其所以然，好书。
　　——豆瓣读者kitty

　　一些简单的现象背后往往有其深刻的内涵，作者深入浅出，在前沿性、、实用性和趣味性结合的基础上，力求激发读者的知性、灵感与想像力。大开眼界!
　　——知乎读者猫小弟

　　科学的本来面目就是简洁、精妙、有趣。我在此书get到了。
　　——果壳网读者letter

目录

第1章 神奇的毛细和浸润
1.1 表面浸润现象
1.2 表面张力——绷在液体表面的薄膜力
1.3 曲率
1.4 光滑表面上的接触角
1.5 毛细现象
1.6 有趣的尺寸效应
1.7 粗糙固体表面上的接触角
第2章 植物隐藏的魔力
2.1 莲花效应
2.2 亲水基底上产生超疏水状态的秘密
2.3 参天大树能够长多高
第3章 成功驾驭毛细力的智慧小动物
3.1 池塘里的溜冰者——水黾
3.2 水面承载能力最强的昆虫——蚊子
3.3 轻松翻越弯液面的小虫子
3.4 蚂蚁救生筏
3.5 毛细棘轮效应——水鸟喙的摄食
3.6 神奇的沙漠集水本领——纳米比亚沙漠甲虫
3.7 泥浆吸水——德克萨斯角蜥
3.8 蜘蛛网截雾取水
第4章 毛细力驱动的自组装
4.1 MEMS中的毛细粘附现象
4.2 鬼斧神工的碳纳米管自组装形貌
4.2 浑然天成的多级结构
4.2.1 壁虎的脚
4.2.2 贝壳的多级结构
4.2.3 多级毛细粘附结构
4.3 液面上互相吸引和排斥的微小物体
第5章 基于毛细效应的传感装置
5.1 悬臂梁传感器
5.2 液滴-微梁传感器
5.3 薄膜在液滴作用下的大变形
5.4 薄膜的毛细屈曲和褶皱
第6章 驱动液滴运动的司机
6.1 液滴在液体界面上的定向运动
6.2 液滴在固体表面上定向运动
第7章 不可思议的液珠弹珠
7.1 液滴弹簧
7.2 液体弹珠
7.3 液体弹珠的有趣应用
第8章 界面张力在三次采油中的作用
8.1 石油概述
8.2 二次采油之后剩余油的成因
8.3 三次采油中毛细力的作用
附录
附录1托马斯-杨之力学贡献
附录2 麦克斯韦对应用力学的贡献
附录3 细长杆弹性线模型的发展历史
附录4 表面浸润的机制：最小作用量原理简介

前言/序言

　　在日常生活中，我们是否经常观察到以下现象：一根密度大于水的钢针为何能够浮在水面上？盛水杯子的杯壁与水平面为何不是直接垂直，而存在一个弧形的过渡弯液面？往盛满水的杯口继续加水而水为何不溢出？下雨过后蜘蛛网上为何留下一串串晶莹的水珠？下雨时雨滴为何容易粘在车窗上而不容易滚下来？荷花和芋头的叶子为何能够不沾水，并且能够出淤泥而不染？树林中的蝉为何在下雨天可以自如地飞行而不怕淋湿翅膀？水黾和水蜘蛛等小动物为何能够在水面上自由地行走、跑跳？蚊子为何能够在水面产卵而不被水粘住？洪水发生时，蚂蚁为何会自行聚团从而安然度过洪灾？
　　你可知道，所有的这些新奇的现象都与毛细和浸润现象息息相关的，都涉及到一个关键词，即液体的表面张力。表面张力是如何产生的呢？简单来说，液体与空气接触的表面（或称界面）与液体内部的结构不尽相同，这个表面层就像一层薄膜一样绷在液体上面，从而产生了使表面积趋于最小的表面张力。当物体的尺寸缩小到一定程度时，它所受到的重力等体积力与表面张力相比微不足道，此时表面张力的影响就会凸显出来。在这种尺度下，表面张力往往以很微弱的作用就能够引发很多奇特的物理现象，其特性有别于传统的力，因而我们常常称其为“非经典力”。
　　从日常生活到自然界，再到工农业生产，毛细现象和表面浸润行为可谓无处不在。研究揭示表面张力的作用机制对于我们深刻理解这些浸润现象至关重要，可以为后续的仿生设计奠定理论基础。自然界中的各种毛细和浸润现象启发了人类的灵感，使我们通过“向自然学习”，进而可以仿生、制造出很多新产品，从而产生了表面仿生学这一前沿交叉学科。通过研究毛细和浸润现象，我们可以恰当地配置农药和涂料、进行矿物浮选、制备不沾水不沾油的材料、研制微小船舶、合理设计微机电系统、通过表面活性剂进行化学驱油等。
　　本书的一个重要特点是摒弃了复杂的数学公式和方程描述，通篇只采用了几个必要的简单公式以辅助理解，其目的是为了通过通俗易懂的语言阐明相对复杂的物理现象机理。因此，我们相信具有中学以上文化程度的读者均可以豪无障碍地阅读本书。此外，本书也可作为有志于研究固体力学、仿生学、微纳米材料等领域的研究人员的研究素材。
　　由于水平所限，文中错误之处在此难免，希望读者不吝批评指正。在撰写过程中，研究生孙静、左平成、曹高峰、李善鹏、龚宇龙等进行了相关材料收集工作，特此致谢。

微力无边：神奇的毛细和浸润现象 书名： 微力无边：神奇的毛细和浸润现象 内容简介： 在浩瀚的自然界中，存在着无数令人惊叹的现象，它们往往隐藏在日常生活的细微之处，却又蕴含着改变世界的力量。本书将带领读者走进一个由微观尺度上的神奇力量所主宰的世界——毛细现象与浸润现象。这不是一本枯燥的物理教材，而是一场充满趣味与智慧的探索之旅，我们将一同揭开这些看似平凡的现象背后，那令人目眩神迷的奥秘，以及它们如何深刻地影响着我们的生活，甚至塑造着整个地球的生态系统。 想象一下，为什么水能够沿着植物的根系向上攀爬，滋养着每一片翠绿的叶子？为什么墨水能够瞬间渗透进纸张的纤维之中，留下隽永的文字？为什么雨滴落在荷叶上会形成晶莹剔透的水珠，而非浸湿叶面？这些生活中习以为常的景象，都源于一种看不见摸不着的强大力量——毛细力。它如同一双无形的手，在液体与固体界面之间施加作用，在狭小的通道里创造出惊人的“攀登”奇迹。 本书的第一部分，我们将深入浅出地剖析毛细现象的本质。我们将从液体表面张力这一基础概念讲起，理解分子间作用力如何赋予液体一种“绷紧”的特性。然后，我们将聚焦于液体与固体表面之间的相互作用——粘附力。当液体与固体表面的粘附力大于液体自身的内聚力时，液体就会在狭小的接触区域内表现出上升的趋势，这就是毛细上升。我们将通过生动形象的比喻和直观的实验演示，让读者清晰地理解毛细上升的原理。我们将探讨影响毛细现象的关键因素，例如管的直径、液体的性质（如表面张力、粘度）以及固体的性质（如表面能、润湿性）。 更重要的是，我们将不止步于理论的讲解，而是将目光投向广阔的应用领域。我们将看到，毛细现象在自然界中扮演着至关重要的角色。植物的吸水与输送，离不开毛细作用的强大助力。土壤的保湿与养分输送，同样与毛细现象息息相关。在人类的创造中，毛细现象更是无处不在。从古老的书法艺术，到现代的纺织工业，从造纸术的实现，到日常的吸墨、吸水海绵，毛细现象都贡献着不可磨灭的力量。我们将介绍如何在工程技术中巧妙地利用毛细作用，例如在微流控芯片中的液体操控，在食品加工中的液体传输，甚至在太空探索中的液体管理。 本书的第二部分，我们将把视角进一步拓展，深入探讨“浸润”这一概念。浸润，顾名思义，是指液体在固体表面铺展、附着的能力。一个液体是“润湿”一个表面，还是“不润湿”一个表面，将极大地影响液体与固体之间的相互作用，并由此引发一系列有趣的现象。我们将介绍接触角这一关键指标，它是衡量液体在固体表面铺展程度的标尺。不同的液体组合和固体表面材质，会产生不同的接触角，从而表现出截然不同的行为。 我们将详细阐述浸润现象的微观机制，从分子层面上分析液体分子与固体表面分子之间的吸引与排斥。我们将介绍“亲水性”和“疏水性”的概念，理解为什么水会喜欢接触某些表面，而又会“逃离”另一些表面。我们将通过观察水珠在玻璃、蜡烛、荷叶等不同表面的表现，直观地感受浸润性的差异。 浸润现象的应用同样是本书的重点。我们将探寻它在日常生活中的身影。例如，为什么衣服会湿透，而雨衣却能防水？这其中的奥秘就在于面料的浸润性。我们将介绍防水涂层、防污材料的原理，它们正是通过改变材料表面的浸润性来实现功能的。在医疗领域，浸润性同样至关重要。例如，药物的输送、伤口敷料的设计，都与液体在生物材料表面的浸润行为息息相关。我们将介绍如何利用浸润性来设计高效的生物传感器和诊断设备。 更令人兴奋的是，本书还将带领读者探索近年来备受瞩目的“超疏水”和“超亲水”表面。这些仿生学的设计，模仿了自然界中某些生物的表面特性，例如荷叶的防水性和某些昆虫翅膀的疏水性。我们将解析这些超浸润表面的结构设计原理，以及它们在自清洁、防结冰、高效传热等领域的巨大潜力。我们将展望这些前沿技术如何改变未来的交通、建筑、能源和生物医学等各个领域。 贯穿全书的，是对科学精神的倡导。我们将鼓励读者保持好奇心，用科学的眼光去观察和思考生活中的点滴现象。我们将强调实验的重要性，即使是简单的生活实验，也能帮助我们更好地理解科学原理。我们将分享一些有趣的科学小实验，读者可以在家中轻松实践，亲身体验毛细和浸润现象的魅力。 本书不仅仅是一本知识的传递，更是一次心灵的启迪。它将帮助读者认识到，即使是微不足道的尺度，也蕴含着无穷的能量和智慧。它将激发读者对科学的兴趣，培养严谨的科学思维，并鼓励大家积极地探索和创造。 《微力无边：神奇的毛细和浸润现象》 是一部献给所有对自然界充满好奇，对科学探索充满热情读者的作品。它将带你超越肉眼的局限，领略那些隐藏在日常生活中的微观奇迹，让你深刻理解并惊叹于毛细和浸润现象的无所不在和强大力量。无论你是学生、教师，还是对科学充满好奇的普通读者，这本书都将为你打开一扇通往奇妙微观世界的大门，让你看到一个更广阔、更深刻的自然图景。它将让你重新审视那些习以为常的现象，并从中发现无穷的乐趣和启发。准备好，与我们一同启程，探索那股“微力无边”的魔力吧！

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，这本书的文字风格是相当独特和富有感染力的。它摒弃了传统教材那种冷峻的口吻，代之以一种充满好奇心和探索欲的叙事腔调。阅读过程中，我时常会产生一种冲动，想要立刻放下书本，找一个容器装满水，亲自去观察那些细微的边缘效应。作者在描述那些“看不见的力量”时，用词极其精准，比如形容液体对固体表面的“执着拉扯”和“微妙的亲和力”，这些拟人化的表达，极大地增强了文本的可读性和画面感。书的后半部分对生物体毛细现象的探讨，比如昆虫如何利用体表张力捕食或漂浮，简直是生物学与物理学的一次完美联姻，那种对自然界鬼斧神工的赞叹，通过文字的力量，被放大和传递给了每一个读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远超出了对“毛细现象”这一单一主题的介绍。它更像是一本关于“界面物理学”的入门指南，但重点聚焦在液体与固体接触的那一层薄薄的界面上。作者高明之处在于，他没有将浸润和毛细作用视为孤立的现象，而是将其置于更大的热力学和电化学背景下进行考察。我尤其欣赏其中关于“动态浸润”的章节，它讨论了液滴移动、铺展速度的非平衡态问题，这部分内容在当前微流控技术飞速发展的背景下，显得尤为及时和重要。它不仅为学生和研究者提供了坚实的理论基础，更启发了工程师去思考如何在新材料设计中更有效地利用或抑制这些界面力。这本书的份量很足，信息密度极高，但结构组织得当，确保了阅读体验的流畅性，实属一本值得反复研读的佳作。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书在处理一些复杂的跨学科问题时展现出了极高的洞察力。例如，在关于多孔介质流动的章节，作者不仅提及了地下水文的经典模型，还将其延伸到对新型储能材料（如锂电池电解质的传输）的分析上，这种前瞻性的视野让我感到振奋。书中的图表设计同样值得称赞，它们清晰、直观，往往只需一眼就能把握住复杂的物理关系，绝非那种随意拼凑的插图。特别是对于“毛细流体动力学”部分的讲解，作者似乎将所有相关的物理参数——粘度、密度、表面张力——都编织进一个连贯的故事线里，使得读者在理解动态过程时不再感到吃力。可以说，这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的训练，它教会我如何用微观的视角去理解宏观世界的复杂性，是那种读完后，工具箱里多了一套新工具的书。

评分☆☆☆☆☆

这本名为《微力无边：神奇的毛细和浸润现象》的书，读起来就像是一次对我们日常生活中无处不在的、却又常常被忽略的物理现象的深度探索。作者的叙述方式非常引人入胜，仿佛带着我们这些读者，亲手去触摸那些微观世界的奇妙力量。我尤其欣赏书中对现象的观察角度——不再是枯燥的公式堆砌，而是将毛细管作用与生命体、工业应用紧密结合。比如，书中对植物如何将水分从根部输送到高耸的树冠的精妙解释，让我对一片叶子的生存机制有了全新的认识，那种“无声的传输”背后蕴含的巨大能量和精巧设计，着实令人震撼。再者，作者对“浸润”和“润湿性”的探讨，从荷叶的超疏水性讲到医疗器械上的生物相容性涂层，使得原本抽象的物理概念，立刻具象化为看得见摸得着的价值。读完这本书，我感觉自己看待一杯水、一块海绵，甚至早晨洗脸时脸上的水珠的方式，都发生了根本性的改变，充满了对微观尺度上那股“无边之力”的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

全书的结构安排着实体现了编者的用心良苦，它不是简单地罗列物理原理，而更像是一部科学侦探小说，层层递进地揭示“微力”的奥秘。一开始，作者用生动的历史典故和哲学思辨引入了表面张力的概念，这部分叙述充满了古典的韵味，语言典雅而不失力量。接着，笔锋一转，进入了严谨的数学模型和实验验证环节，但即便是数学部分，作者也巧妙地将其嵌入到实际的案例分析中，比如关于液体在不同孔隙中上升高度的定量分析，读起来丝毫没有枯燥感，反而有种解开谜题的快感。最让我印象深刻的是关于接触角测量的技术细节描述，作者详尽地阐述了如何通过调整表面粗糙度和化学处理来精确控制液体的行为，这种对实验艺术的描摹，让非专业人士也能领略到精密测量的魅力。这本书成功地在科普性和专业性之间架起了一座坚实的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

书写还不错，算是入门级的书籍。

评分☆☆☆☆☆

感觉有点新奇，凑单购买了。

评分☆☆☆☆☆

好评

评分☆☆☆☆☆

很好，京东搞活动买的，物美价廉

评分☆☆☆☆☆

好书，非常好~~~

评分☆☆☆☆☆

不错，很喜欢，买的比较值

评分☆☆☆☆☆

很不错的科普读物，我喜欢！

评分☆☆☆☆☆

非常满意的购物，绝对的好评

评分☆☆☆☆☆

很好。。。。。。。。