综述：先进数值模拟技术驱动的润湿性调控革命

这篇综述系统阐述了数值模拟（FEM/FVM/MD）在微纳结构表面润湿性设计中的突破性应用，通过多尺度仿真（从宏观液滴动力学到分子界面行为）填补了传统试错法实验的局限性，为极端润湿性（超疏水/超亲油）表面设计提供了理论可视化工具和优化路径。

　　

理论基石：从理想表面到多尺度结构

润湿性调控的核心始于经典杨氏方程（Young's equation），该模型描述了液滴在理想光滑表面的接触角与固-液-气三相界面能的平衡关系。对于粗糙表面，Wenzel模型和Cassie-Baxter模型进一步引入表面形貌因子，分别解释完全浸润和复合接触状态。随着微纳复合结构（如仿生荷叶的微米级乳突与纳米级蜡晶）的兴起，改进的润湿理论需同时考虑化学组成（如羟基/烷基官能团）与多级拓扑结构的协同效应。

仿真技术：跨尺度动态可视化

有限元法（FEM）和有限体积法（FVM）擅长模拟宏观液滴在微米级沟槽表面的铺展/回弹行为，而分子动力学（MD）可解析纳米尺度下水分子的氢键网络重构过程。例如，通过FVM捕捉到液滴在仿猪笼草润滑表面的自驱动滑移现象，MD则揭示了纳米限域空间中表面张力（γ_lv）的尺寸效应——当结构尺寸<100 nm时，经典连续介质理论偏差可达20%。

应用突破：从静态预测到动态操控

静态仿真成功指导了抗结冰飞机翼面（接触角>150°）的微柱阵列设计，动态模拟则优化了微流控芯片的液滴定向运输。特别值得注意的是，耦合相场法的多物理场模型能精准预测电场响应型智能表面的接触角滞后（<5°误差），而格子玻尔兹曼方法（LBM）复现了血液在仿生血管内皮表面的低剪切力流动。

挑战与展望

当前瓶颈在于跨尺度模型的衔接（如MD与FEM的耦合参数传递）和复杂环境（高温/高压）下的材料属性数据库缺失。未来方向包括开发AI驱动的多目标优化算法，以及建立微纳结构-润湿性-应用性能的数字化孪生平台。仿生智能表面（如光热响应型石墨烯阵列）的实时动态调控将成为下一阶段数值模拟的主攻战场。