圆柱形凹面超疏水表面上固液复合液滴的动力学行为

《Langmuir》：Dynamics of Solid–Liquid Compound Droplets on Cylindrically Concave Superhydrophobic Surfaces

本研究探究了凹面超疏水表面（接触角153°）上直径为3mm的去离子水滴（直径1mm玻璃珠）冲击时的动态特性，发现曲率比δ增加会降低复合液滴的最大展开直径βmax和驻留时间，并建立理论模型解释其机理。

　　

通过液滴-颗粒相互作用生成复合液滴的现象受到了广泛关注，因为它在诊断、生物分子封装、功能性涂层和靶向药物递送等领域具有重要的应用价值。本研究探讨了直径为3毫米的去离子水滴撞击放置在超疏水凹表面上的直径为1毫米的玻璃珠时的动力学行为，该表面的静态接触角为153°。实验在Weber数范围8.20–57.10内进行，高速可视化观察显示形成了含有单一或两种颗粒的稳定复合液滴，并随后发生脱离现象。研究结果表明，由于轴向和方位向扩散以及重力的影响，复合液滴的最大扩散直径（β_max）和停留时间随着凹面比（δ）的增加而减小。此外，较高的表面凹面比会抑制扩散并缩短复合液滴在给定Weber数下的停留时间。例如，复合液滴在凹表面上的接触时间比在平坦表面上的接触时间减少了30%。基于修正后的毛细长度的理论模型解释了方位向扩散中的曲率效应，而简化的脱离模型则描述了复合液滴的垂直位移规律。复合液滴在凹表面上的扩展遵循关系式 D_z^max/D₀ ≈ f(We, δ, Bo)；对于平坦表面，当δ → 0时，该关系式简化为已知的标度律 D_z^max/D₀ ≈ We^1/4。所提出的模型与实验观察结果高度吻合，为在曲面超疏水基底上操控复合液滴提供了有益的见解。