德雷克塞尔大学研究团队报告称，在特定条件下，简单液体也可能出现类似固体材料的突发性断裂行为。该团队的研究成果近日发表于《物理评论快报》，实验显示粘性液体在受到足够拉伸力时会在某一“临界应力”点突然分离。

研究人员表示，这一现象提示粘度（液体对流动的阻力）在液体机械表现中的作用可能比既有认识更为关键，并可能为液体在液压、3D打印以及血管等场景中的操控带来新的研究方向。

德雷克塞尔大学工程学院助理研究教授Thamires Lima博士在研究中称，实验结果显示，当对单位面积施加足够拉力时，简单液体会达到团队所称的“临界应力”，并在该点表现出类似固体的断裂。她表示，这一规律可能适用于包括水和油在内的简单液体。

据介绍，这一发现源于Lima与合作者在一项与埃克森美孚技术与工程公司合作的研究中，对两种简单液体进行性质测量。在拉伸流变学测试（用于测量使液体流动所需的力）过程中，研究对象为类似沥青的液体，其分离方式并非如常见的蜂蜜滴落那样逐渐变细，而是以突发断裂的方式分开。

工程学院教授Nicolas Alvarez博士表示，由于现象超出预期，团队重复实验多次以确认结果；在确认后，研究随即转向对该行为的进一步科学探究。

团队通过高速摄像机记录测试过程，观察到与固体材料（如金属）受拉伸时相似的过程：材料持续拉伸直至达到临界应力点，随后突然断裂成两部分。研究人员指出，这类被称为“脆性断裂”的行为此前未在简单液体中被观察到。Lima补充称，断裂发生时伴随明显的“啪嗒”声。

研究团队称，首次观察到断裂的样品为类似沥青的烃类混合物，其断裂对应的临界应力约为2兆帕。为进一步理解该现象，团队又选取另一种简单液体——与前者粘度相同的苯乙烯低聚物——在相同拉伸速率下重复测试，并同样观察到断裂。研究人员据此认为，粘度在液体出现类似固体断裂行为中起关键作用，并提出简单液体可能存在共同的断裂点。

团队还在不同温度下重复测试以改变液体粘度。结果显示，在每种粘度条件下，都存在一个特定的拉伸速率会诱发断裂，并且该诱发条件始终与约2兆帕的临界应力点成比例。研究人员同时指出，当样品粘度降低到一定程度后，由于测试设备在拉伸速率上的限制，实验无法再触发断裂。

研究人员表示，传统观点通常将断裂视为弹性材料的特性：材料能够储存应力并在达到极限后破裂。简单液体在液态时缺乏主导的弹性机制，因而在受力时通常通过流动来响应，而非弯曲或断裂。研究还提到，在简单液体中，弹性概念通常要到液体冷却至“玻璃转变”温度以下才变得重要；因此，液态简单液体出现断裂现象意味着断裂并不必然局限于弹性材料。

Lima指出，尽管粘弹性与聚合物液体（例如欧布莱克或自制史莱姆）此前已显示出固态断裂行为，但简单液体在玻璃转变温度以上通常被认为只会连续变形而不会断裂。她表示，本次结果表明，仅粘性效应也可能促成类似固体的断裂行为。

此外，团队将苯乙烯低聚物液体与其聚合物液体对应物进行对比测试，结果显示两者在相同的临界应力点断裂。研究人员据此认为，弹性并未在简单液体断裂现象中发挥主导作用，并提出其他弹性液体也可能在相对相似的临界应力点发生断裂。

研究团队表示，下一步将继续探索液体断裂的物理机制。研究人员给出的早期线索显示，该现象可能与空化有关，即蒸汽气泡形成并快速坍塌、向液体传递冲击波的应力响应过程。团队同时称，也将进一步评估这一发现对纤维纺丝等使用粘性液体的应用场景的潜在意义。