表面润湿性与韦伯数调控下液滴撞击静置液滴的动态特性研究

本研究针对液滴撞击动力学中的关键参数——表面润湿性与韦伯数（We），通过可控润湿性基底（dielectrowetting substrate）系统探究了自由下落液滴撞击静置液滴的动态过程。研究人员引入颈径增长因子βn 和接触直径因子β等无量纲参数，揭示了We与表面润湿性对液滴形变、铺展及回缩的协同影响规律，发现βn ∝tk 且k随We和润湿性增加而增大，βmax ∝We0.3 。该成果为喷雾冷却等液滴交互应用提供了理论优化依据。

　　

液滴撞击现象在自然界和工业应用中无处不在，从雨滴落叶片到喷墨打印、喷雾冷却，其动态行为直接影响技术效率。然而，现有研究多聚焦单一参数（如韦伯数We或静态接触角）的影响，对表面润湿性动态调控与惯性力（We）的耦合机制缺乏系统认知。尤其当液滴撞击基底上的静置液滴时，界面张力、黏性力与基底特性的多物理场交互使过程更为复杂。如何通过精准调控基底特性实现液滴行为的定向设计，成为亟待解决的科学问题。

重庆邮电大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表论文，创新性地采用介电润湿（dielectrowetting）技术构建润湿性可调基底，结合高速成像与无量纲参数分析，揭示了We与表面润湿性对撞击动力学的影响规律。研究发现，颈径增长因子β_n
随时间呈指数增长（β_n
∝t^k
），且增长速率k随We和润湿性增加而提升；最大接触直径因子β_max
与We存在幂律关系（β_max
∝We^0.3
），而达到最大直径的时间τ_max
∝We^-0.59
。这些规律为工业液滴操控提供了量化设计准则。

关键技术包括：1）介电润湿基底的电控润湿性调制；2）同步触发的高速摄影系统捕捉微秒级液滴形变；3）基于图像处理的颈径β_n
、接触直径β等参数提取算法；4）We数通过液滴释放高度精确调控。

Effect of surface wettability
当We=130.9时，高润湿性表面促使液滴快速铺展，颈径β_n
增长速率k提高40%，且液滴中部高度δ的线性下降速率与β_n
的指数增长速率呈反比关系（β_n
∝δ^k
），表明润湿性通过改变液膜拉伸梯度影响能量耗散路径。

Conclusions
研究建立了We与润湿性对β_n
、β_max
的定量关联模型，首次发现β_n
-δ的动态耦合效应。该成果不仅深化了多参数耦合下液滴撞击的理论认知，更通过介电润湿技术实现了动态润湿性调控，为柔性电子喷印、定向药物输送等需精确控制液滴交互的领域提供了新方法。

讨论部分强调，表面润湿性与We的协同效应主导了撞击后期液冠（liquid crown）的形成与坍塌，未来可结合电场-流场耦合仿真进一步揭示微观界面机制。Jiangen Zheng团队的工作为智能表面设计开辟了新思路，被列为期刊高影响力论文。