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微纳结构表面液滴饼状弹跳的理论研究

吴化平  徐振雄  
【摘要】:控制液滴在固体表面的上的回弹情形可以使其迅速地脱离材料表面亦或粘附其上。据研究发现,液滴在亚毫米级的超疏水锥形阵列表面上发生的"饼状弹跳"可以大大减少液体与基底之间的接触,从而缩短接近70%的回弹时间,在抗结冰,自清洁等领域方面有着重要的潜在应用。如何尽可能地扩大饼状弹跳范围,其回弹时间的理论极限还有待于进一步的研究。论文先以热力学方法计算出液滴在微结构表面的润湿状态及表观接触角,并分析其对液滴回弹的影响;而后通过动力学分析液滴发生饼状弹跳时所应满足的能量存储与时间尺度的限制条件。通过理论研究发现在相同条件下,超疏水锥形微结构阵列尺寸存在合理的范围才能够实现饼状弹跳,给出了发生理论饼状弹跳时间与微结构尺寸的定量关系,与现有实验结果十分吻合。这项工作可为设计超快液滴弹跳超疏水表面提供理论指导。

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