固-液-气三相接触线演化机理研究

Wetting behavior of liquid on solid surfaces (including liquid spreading and shrinking, condensation and evaporation, adhesion and rupture, etc.) has been attracted enormous attention in many research fields. It becomes a hot research problem in surface/interface and wetting fields, and has important applications in nature, daily life, industry, national defense and so on. Pinning, moving and evolution of the triple-phase contact line always exist in the whole process of wetting behavior, and has a decisive effect on wetting behavior. At present, there is a lack of research on the dynamic evolution process of triple-phase contact line, and more lack of understanding of its mechanism. The project team had already measured the dynamic evolution of the triple-phase contact line and established the theoretical model of the influence of the triple-phase contact line on advancing contact angle, receding contact angle and adhesion of liquid bridges. It can provide solid experimental and theoretical basis for this project. The main research of the project has four aspects: (1) study on the pinning and starting mechanism of the triple-phase contact line; (2) study on evolution processes of triple-phase contact line striding, increasing, breaking, joining and their mechanism; (3) study on the mechanism of the triple-phase contact line evolution effect on wetting adhesion of liquid bridges and active control; (4) optimization and design solid surfaces with micro-structures with specific wetting properties.

固体表面上液体的润湿行为（包括液体的铺展与收缩、蒸发与冷凝、粘附与脱粘等）受到了多学科的广泛关注，是表/界面、润湿领域中的热点研究问题，在自然界、日常生活、工业生产和国防等领域都有着重要应用。三相接触线的钉扎、移动与演化存在于润湿行为的整个过程，并对润湿行为有着决定性的影响。目前，对三相接触线动态演化过程的研究还很缺乏，对其动态演化的内在机理研究更加缺少。项目组前期已对三相接触线动态演化进行实验观测，初步建立了三相接触线对前进角、后退角以及液桥湿粘附行为影响的理论模型，为本项目奠定了良好的实验和理论基础。本项目主要研究内容分为以下四个方面，（1）三相接触线的钉扎与启动机理研究；（2）三相接触线的跨越、新增、断裂、合并等动态演化过程与机理研究；（3）三相接触线的演化对液桥湿粘附行为的影响机制研究与主动控制；（4）优化与设计具有特定润湿特性的固体微结构表面。

液滴在固体表面上的润湿行为，包括液滴的铺展与收缩、滑移、脱粘等，在自然界、日常生活和工业生产中随处可见。理解和控制液体的润湿行为，可为设计和优化具有特定润湿特性人工表面提供理论基础，在机械制造、医疗器械、换热系统、体育器材等有着广泛且重要的应用。液滴三相接触线的形貌轮廓、钉扎、移动、脱粘等与其润湿行为密切相关，甚至起着决定性的影响。. 本项目针对液滴三相接触线这一重要因素进行研究，主要研究内容分为四个方面：1.三相接触线的钉扎与启动过程研究；2.三相接触线的动态演化过程研究；3.三相接触线对固体表面粘附行为影响研究；4.设计和优化能够对液体的输运、收集、粘附等主动控制的微结构表面。. 通过对以上四方面研究，得到以下重要结果：1.得到了三相接触线的钉扎和解钉扎是局部效应而非整体效应，局部接触角可作为判定局部三相接触线钉扎和启动的关键参数；2.固体表面的前进角和后退角可作为判定局部三相接触线是否启动的临界值；3.即便液滴整体在固体表面上移动，三相接触线也非整体移动，展现出局部分区域移动的特点，三相接触线上给定微段在整个滑移过程中呈现移动-停止-再移动的往复过程；4.液滴与倾斜圆锥微结构表面动态接触过程显示，三相接触线位置处的表面张力和微结构表面冲击压力也呈现出各向异性，由此可通过控制表面微结构参数的异性程度来控制液滴在固体表面上的定向铺展和定向弹跳；5.建立了重液滴在超疏水表面上外观轮廓的理论模型；6.在给定面积的固体表面上形成单液桥和多液桥形式，多液桥形式具有总粘附力大、有所需液体总体积小和作用距离短的特点，这也是苍蝇等自然选择以微结构形成多液桥形式的机理之一。. 以上重要结果在理解自然现象的内在机理，设计和优化具有特定润湿特性的人工微结构表面有着及其重要的科学意义。