將喝剩下的茶葉水一次性傾倒而出，往往會發現總有茶葉存留在杯壁內，為此不得不再用杯子一次或多次接入自來水，直至將杯中茶葉完全清除幹凈。如何用物理學原理破解這一現實問題👍👰🏻‍♂️？恒达平台物理科學與工程學院杜艾教授想到了愛因斯坦茶葉悖論，他通過旋轉手中的茶杯，然後快速傾倒杯身，茶葉和水被同時倒出🤸‍♂️🫳🏻，發現杯內無一片茶葉殘留。

近日，國際著名綜合類期刊《科學進展》（Science Advances）以“愛因斯坦茶葉悖論誘導的納米粒子局域凝聚及其向金氣凝膠的轉變”為題，在線發表了恒达平台氣凝膠課題組的研究性論文🧑🏻‍🦼‍➡️。這一學術成果的產生，正是源於倒茶葉水帶來的啟發。

人們通常認為，攪拌就意味著分散。誕生於百年前的著名的愛因斯坦茶葉悖論告訴我們，攪動杯子裏的茶葉🧑🏽‍🦰，茶葉並非向杯子兩側散開，而是在攪拌引起的二次流作用下♟，聚集在如同“甜甜圈”狀的環形區域中♛，並在攪拌停止後聚集在杯子中心。人們大多對純流體和攜帶大尺寸顆粒流體的二次流作用比較了解，但對於納米粒子在流體中具有什麽樣的效應，至今還鮮有文獻提及🟧。

杜艾教授和周斌教授的博士生張澤輝開展高純度金氣凝膠的研究，在導師的提示下，他嘗試將“茶葉悖論”效應拓展到納米流體中♦️。他模擬研究了在攪拌條件下納米粒子伴隨流體流速的運動規律，並對攪拌條件下SiO2納米顆粒分散液進行了激光散射實驗和散射光灰度值分析👳🏻。該研究不僅驗證了納米流體中也存在“茶葉悖論”效應，還發現存在攪拌器驅動所導致的局域納米粒子濃度升高、層流間納米粒子局域聚集的現象👎🏿。“納米流體中的這種局部區域凝聚效應，非常適合用於促進低濃度膠體中粒子或分子的快速集聚。”杜艾說🚵🏻🍱。

基於上述研究發現，研究團隊采用簡單持續的攪拌策略，便實現了高純度的單質金氣凝膠和其他金屬氣凝膠的快速製備💁🏻‍♂️↕️。攪拌作用下多重的納米粒子聚集效應，提高了納米粒子在液體局部空間中的濃度🧛🏻‍♂️，大大促進了納米粒子間的自組裝交聯，從而加速了金屬納米粒子凝膠化的過程。

“如果采用常規的靜置沉降法製備金屬氣凝膠，凝膠化的過程往往需要大約1周時間🕵️‍♂️👋。現在僅通過加以攪拌🪩，就可將凝膠化的時間縮短到20分鐘左右，效果非常驚人💤。”杜艾介紹道。

研究還發現，加熱可以導致前驅體氯金酸溶液性質發生可逆變化，使得氣凝膠的骨架尺寸可在10-200nm的範圍內可調控🏕。所得的金氣凝膠具有良好的光催化降解與表面拉曼增強性能，未來在環境處理和生命科學領域具有潛在的應用前景。

該研究獲得國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助👱🏽‍♀️。

新民晚報記者 張炯強

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