药液喷雾在作物叶面弹跳流失 且看MIT研究员如何“反弹”

材料牛注：喷洒杀虫剂过程中，大量药液从作物叶面弹落至地表，并渗入河流，造成径流污染。MIT的研究人员通过在喷雾中加入两种高分子添加剂，大幅减少了弹离作物叶面的喷液量。

农民在田地里喷洒杀虫剂时，只有2%的药液粘附于农作物，其余大部分都弹落到地表并渗入河流中，造成严重污染。麻省理工大学的一组研究人员试图解决这一问题。通过在喷雾中加入两种添加剂，显著减少了弹离作物的喷液量。目前，这项研究发表于Nature Communications杂志上。

此前，研究人员曾尝试利用表面活性剂等添加剂来降低滴液的弹跳率。然而，实验表明，这种做法的效果并不明显。此外，表面活性剂使喷雾形成的液滴更小，因而更易被风吹落。

新方案使用的是两种不同的添加剂。将喷雾分成两部分，在其中添加不同的高分子物质，分别形成带正电荷和负电荷的两种溶液。这两种带有异性电荷的液滴在叶片表面融合时，发生亲水效应，从而保留更多的液滴。许多植物的叶子具有天然的斥水性，这也是导致液滴弹离叶面的原因，而叶面发生的上述亲水碰撞则有力地抵消了这种倾向。

研究团队发现，之前的方法效力有限的部分原因在于，液滴弹跳得非常迅速，整个过程只需几毫秒。这就意味着大多数借助化学特性的“反弹跳”措施根本来不及发挥效力。论文的作者之一Varanasi表示，“我们开始转变思路，采用电荷相互作用的新方法。”他们发现，在液滴弹离叶面之前，这两种不同的高分子添加剂可将其“固定”在叶面上，并且这一过程与液滴的扩散同时发生。

该项目是为造福印度及其他发展中国家的社区而研发的技术。在这些地区，农民背着药箱手动喷洒杀虫剂颇为常见。对农民而言，杀虫剂的开支是预算中的重要部分，因此，减少杀虫剂的浪费可以促进小型农业的整体经济发展，并且还能减少土壤污染和水污染。此外，减少喷洒的杀虫剂可以降低农民曝露于化学物喷雾中的频率。

基于实验室的试验，该团队估计，这一新方法可以让农民仅使用十分之一的杀虫剂剂量就能获得同样的效果。这些高分子添加剂能进行生物降解，不会造成径流污染。只需对农民目前使用的工具稍作改装，使杀虫剂分离成两股支流，分别加入少量聚合物即可。这些聚合物从常见的低价材料中提取，可在本地生产。“使用装有两个药箱的普通喷雾器，两个药箱中加入电荷相反的物质。只需加入我们配置的溶液，农民完全可以和平常一样进行作业。”

研究人员也在为设计不同的喷雾器进行试验，以期简化操作程序，甚至可能不再需要两个药箱。该团队接下来的努力方向是开发操作更简便、实用性更高的设备，他们还打算明年在印度的小型农场上进行实地试验。

原文链接：Reducing runoff pollution by making spray droplets less bouncy。

文献链接：Enhancing droplet deposition through in-situ precipitation。

本文由编辑部顾玥提供素材，丁一琴编译，点我加入材料人编辑部。