“举杯添愁”的杯是什么样的杯？
抽刀断水水更流，举杯消愁愁更愁。
（图片来源：veer）
抽刀断水“水不流”的问题之前已经解决了，忘记了的小伙伴可以戳这里复习一下。那么，为什么会举杯消愁愁更愁的呢？比如.....妄图借酒浇愁，却喝不到杯中的酒？
（图片来源：谷歌图库）
下面这个杯子仿佛开了挂。酒杯完好无损，倒了满满一杯酒，为什么还有喝不到的道理？？？
公道杯原理图1（图片来源：“高分子科技”公众号）
公道杯原理图2（图片来源：“高分子科技”公众号）
这种仿佛能逼死强迫症的杯子被称作“公道杯”，早在汉代就充当着贵族的酒（玩）器（具）。对于古人来说，这个杯子堪称奇迹：往杯子里倒酒时，水位低于瓷管上口，就能畅饮美酒；当水位超过瓷管上口，酒就漏的一滴不剩。但是，在现代这样的虹吸现象倒显得稀疏平常，我们常见的意式咖啡壶、洗手池、马桶都利用了这一原理。
虹吸抽水马桶（图片来源：youtube《how does a toilet work》）
虹吸现象，是指当一根充满水的倒U形管的一端与装有液体的容器相连，另一端在容器之外且端口高度低于液面高度时，液体会在液面高度差的作用下从容器中沿着倒U形往容器外流出的现象。
在公道杯的启发下，科学家将虹吸现象的原理应用于液体的大体积输运。
中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室董智超团队长期从事液体定向输运的研究。在之前的研究中，他们用3D打印技术仿生制备了猪笼草口缘结构，成功地实现了水的逆重力定向爬升【1】。
通过进一步的研究，他们发现仿生猪笼草结构表面阵列化的倾斜微坑能够牢牢束缚一层水膜，这层水膜能够有效地降低液体运输途中的粘滞阻力，加快液体的运输速度。
研究团队利用这一特性，制备了一种内壁构筑有仿生猪笼草结构的管道，将管道内壁的浸润性由亲水转变为超亲水，大幅提升水在管道内的毛细上升高度与速度。虽然这种增强的毛细上升现象可以有效提升液体输的高度与速度，但是液体输运的体积依然有限。因此，研究团队创新性地将这种增强的毛细上升现象与虹吸现象结合，通过将仿生猪笼草管道弯曲成一个拐杖形，实现了自虹吸现象。
（图片来源：研究团队提供）
和传统虹吸现象不同的是，自虹吸猪笼草管道不需要将管道提前充满水来触发虹吸效应，当管道弯曲成拐杖形并放置在杯子侧壁上，少量的水就能在增强的毛细上升作用下自发充满整个管道，然后从另一端流出。来看看用这种管道制作的新型“公道杯”吧，水刚刚没过杯底，就会顺着U型管流出来：
视频来源：央视《是真的吗》
这种依靠内壁结构增强毛细作用实现的管道自虹吸效应无需外部能量输入便能进行高通量、跨重力势垒的液体连续输运。该研究将激励新一代无泵微流体装置的发展，并在农业灌溉、市政排水以及药剂运输等方面都将有更广泛的应用。
（本文部分资料来源于"高分子科技"公众号）
审核：董智超
参考文献：
【1】Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 14988；Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 13623
【2】Li Chuxin, Dai Haoyu, Gao Can, Wang Ting, Dong Zhichao, Jiang Lei. Bioinspired inner microstructured tube controlled capillary rise. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 116, 12704-12709 (2019).
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