液滴在超疏水表面上的滚动角及运动特性研究

具有微纳米结构的超疏水表面在自清洁材料、微流动以及生物仿生等领域具有广泛而重要的应用。关于液滴在超疏水表面上的滚动角及运动特性与微纳米结构关系的研究是流体力学与微纳米技术及表面物理化学等多学科交叉的前沿课题。对于此关系的系统理解需要深入研究固、液和气三相复杂的界面问题，至今还有待于建立系统的定量的理论模型。本项目通过超疏水表面的制备、实验、数值模拟和理论分析的方法：（1）建立微纳米结构的尺寸、形状和分布与超疏水平面和超疏水曲面上的液滴滚动角之间的定量关系；（2）利用Micro-PIV技术并结合高速摄像的方法研究液滴在微纳米结构表面的微观运动细节；（3）研究在气流作用下液滴在超疏水表面上的滚动角和运动阻力。该项研究对人工超疏水表面的优化设计及实际应用具有重要意义。

具有微纳米结构的超疏水表面在自清洁材料、微流动以及生物仿生等领域具有广泛而重要的应用。本项目通过超疏水表面的制备、实验、数值模拟和理论分析的方法：（1）建立了微纳米结构的尺寸、形状和分布与超疏水平面上的液滴滚动角之间的定量关系；（2）利用微结构的尺度效应和润湿梯度实现了液滴的定向输运；（3）研究了气流作用下液滴在超疏水表面的运动特性，给出了临界气流速度的预测公式；（4）研究了超疏水表面上的液滴蒸发和冷凝现象，发现液滴的后退角随着微结构尺度的缩小而增大，并利用线张力理论对此现象进行了解释；首次观测到由于冷凝液滴融合产生弹跳后落下时再与液滴进行合并产生的“接力”弹跳模式，并给出了相应的理论模型。这些研究对人工超疏水表面的优化设计及实际应用具有重要意义。