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弹性粘性都成就纤维的妖娆运动
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博主按：前几天写了一篇科研笔记，赵斌兄留言说：“终于谈一点正儿八经的事儿了，难得呀，感动得我是热泪盈眶呀。”颇有对我恨铁不成钢，终于见到浪子回头的感觉。搞得我很汗颜。那么，继续浪子回头之路，无关风月，谈点科学。
弹性粘性都成就纤维的妖娆运动
曾泳春
静电纺丝近十几年来在国际上的研究热度，一浪高过一浪。只要一个月不搜索文献，再搜索“electrospinning”，就会发现马上陷入了静电纺丝研究的海洋（By the way, 好像晓明的上铺下铺兄弟，都凭静电纺丝获得了全国优博）。这个非常轻巧的设计，最简单的只需要一个针头、一个金属收集板以及一个高压静电发生器组成的装置，即可以将聚合物溶液挤出的射流拉伸至纳米级的纤维，刮起了全球的纳米纤维风潮。无可否认，静电纺丝是目前最简单的能一步就获得纳米纤维的方法，具有非凡的魅力。
静电纺丝最早吸引人们研究的是聚合物的可纺性，研究者惊喜地找到了一种又一种可用于静电纺丝的聚合物材料，甚至天然纤维如蚕丝也可用于静电纺丝；接着，静电纺丝纤维在能源、环境、生物医药、光电元件等领域的应用成为研究热点；新的应用领域不断被挖掘出来之后，研究者开始对纤维成分多样化及结构的精细调控，以及静电纺丝的规模化（工业化）生产进行探索。目前，各种静电纺丝装置如雨后春笋般被设计出来，有的据说已经开始投向市场。
而关于静电纺丝力学机理研究的热度，比以上所列的研究方向要稍冷一些。两个研究团队：麻省理工的Rutledge研究团队，以及阿克隆大学的Renerker and Yarin研究团队，在静电纺丝纤维成型的机理方面做了很多工作。特别是他们对静电纺丝弯曲不稳定（bending instability）的研究，揭示了纤维在有限的空间内被拉伸至纳米纤维的力学机理。Rutledge研究组把这种弯曲不稳定称为鞭动（whipping），而Reneker研究组并没有接受whipping这个术语。大约3年前，Reneker到东华参加了一次会议，大牛出山，我们这些粉丝争睹风采。我在他当时并不是很精彩的报告之后提到了whipping，老Reneker很不高兴，他说whipping是如同牧童抖动鞭子所产生的那种运动，是在平面上的二维波动，而bending instability是一种三维螺旋式运动。而在研究者们看来，whipping也不过是一种能比较形象地反映这种弯曲不稳定运动的术语，无论Reneker接不接受，这个术语已经被广泛采用，并被用到了另一种制备纳米纤维的技术——熔喷（melt blowing）的研究中。Reneker研究团队对静电纺丝研究最大的贡献，在于建立了静电纺丝纤维运动的动力学模型，对纤维鞭动及相关过程进行数值模拟。在实验研究方面，他们利用高速摄像技术向人们展示了静电纺丝纤维的真实运动——不是以前研究者认为的纤维的剥裂，而是一根纤维螺旋形展开的弯曲不稳定运动。
大约在6年前，我看到了Reneker在2001年发表的静电纺丝纤维动力学模型及实验研究。我惊异地发现，他们所用的模型，与我用于计算纤维在高速气流场中运动的纤维模型如此相似，不同之处仅在于我们用珠-弹性杆来描述天然纤维，而他们用珠—粘弹性杆来描述聚合物纤维。这是由天然纤维与聚合物纤维的特性决定的。于是我确定，我的模型具有一定的普适性，除了可以用于气流场，还可以用于静电纺丝的电场中。这就是我在上一篇《轻舞飞扬——纤维与高速气流的亲密接触》中说到的，我将我的纤维模型提炼出一个思想：将纤维离散成若干部分，在每个部分之间施加不同的联系，可以构成不同的过程。基于这个思想，我可以模拟天然纤维在高速气流场中成纱的过程，也可以模拟聚合物纤维在电场下拉伸成丝的过程，同理，还可以模拟聚合物纤维在高温高速气流场中的成丝过程。于是，我们建立了纤维在外加物理场如流场、电场下运动的统一的动力学模型，模拟出静电纺丝（利用电场力）和熔喷（利用气流力）的纤维成丝过程。这是我花了3年科研空白时间所做的科研转向，并惊喜地发现我们进入了另一个更加宽广的领域。
这篇博文只阐述了我的一些科研思想，而在正式的paper里，充满了曾经想破脑袋才写出来的方程。而幸福的是，现在有学生帮我解方程了。
非常惊人的科学发现。人类的未来，将由no fiber拯救，皇帝的新装将不再是童话。那么如何生产出no fiber呢？以下就是本世纪最amazing的发明。
齐秦，《爱情宣言》。
这是我的爱情宣言
我要告诉全世界
这是我的爱情宣言
我要告诉全世界
我相信婴儿的眼睛
我不信说谎的心
我相信咸咸的泪水
我不信甜甜的柔情
我相信轻拂的风
我不信流浪的云
我相信患难的真情
我不信生生世世的约定
是不是变成石堆
我的心就不会再痛
是不是别开头去
你就感觉不到我的深情
这是我的爱情宣言
我要告诉全世界
这是我的爱情宣言
我要告诉全世界
我要告诉全世界
这是我的爱情宣言
我要告诉全世界
我相信婴儿的眼睛
我不信说谎的心
我相信咸咸的泪水
我不信甜甜的柔情
我相信轻拂的风
我不信流浪的云
我相信患难的真情
我不信生生世世的约定
是不是变成石堆
我的心就不会再痛
是不是别开头去
你就感觉不到我的深情
这是我的爱情宣言
我要告诉全世界
这是我的爱情宣言
我要告诉全世界
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