液滴撞擊固體表面是一個普遍存在于自然與工業(yè)場景中的現(xiàn)象推動並實現。而其中碰撞過程中的固/液接觸時間，是決定固液兩相之間質(zhì)量廣泛應用、動量和能量傳遞效率的關(guān)鍵因素之一更加廣闊。減少固/液接觸時間提供有力支撐，并促使液滴快速脫離固體表面傳遞，在能源收集智慧與合力、熱管理發展需要、防覆冰等應用場景下一直是個難題服務水平。研究者們通過設計各種梯度表面來進一步減少接觸時間最新，這些策略往往需要精確調(diào)控液滴的碰撞點，或是受限于較窄的液滴碰撞速度區(qū)間應用擴展。

針對以上問題體驗區，近期香港理工大學王鉆開教授團隊設計了一種雙梯度表面，使得碰撞該表面的液滴在不同的碰撞速度下自動切換至相應的液滴彈跳模式活動上。這種自適應切換的液滴彈跳避免了對液滴碰撞點的操控需求有望，且在更大的液滴碰撞速度范圍內(nèi)實現(xiàn)了液滴的快速脫離。相關(guān)研究內(nèi)容以“Self-Adaptive Droplet Bouncing on a Dual Gradient Surface”為題發(fā)表在《Small》期刊上導向作用，香港城市大學在讀博士生吳辰陽為第一作者方案。

該研究設計了一種具有雙梯度結(jié)構(gòu)的表面強化意識，如圖1所示長期間。團隊成員使用摩方精密公司的nanoArch® S140 微納3D打印機制造微米級別的微針陣列，微針底座300 μm現場，長800 μm高端化，微針間距300 μm，在SEM圖像中展示出良好的形貌和陣列分布我有所應。

該雙梯度表面的第一個梯度結(jié)構(gòu)由連續(xù)的凸起島嶼組成提單產，具有側(cè)向不對稱的彎曲深入實施，可以促進不對稱的液滴鋪展并加速液滴回彈。第二個梯度由微觀錐形微針陣列組成發展空間，錐間距在垂直方向上逐漸變窄效果，使得液滴能在下落過程中儲存足夠的毛細能量并完成快速的動能-毛細能量轉(zhuǎn)換。

通過實驗表明足了準備，碰撞該表面的液滴在較低的碰撞速度下（韋伯數(shù)小于9.7）呈現(xiàn)出不對稱彈跳模式合作關系，固液接觸時間減少至13.2 ms；在較高的碰撞速度下（韋伯數(shù)大于9.7）切換至餅狀彈跳模式深刻內涵，固液接觸時間進一步減少至4.5 ms增強。實驗和理論分析表明，這種彈跳模式的自適應性是由毛細壓力和動態(tài)水壓力的競爭交流等，以及水平面上液滴鋪展過程中的能量重新分布所共同導致。

與先前報道的其他策略相比規劃，該工作設計的雙梯度表面結(jié)合了不對稱彈跳和餅狀彈跳的優(yōu)勢提高，不需要對液滴碰撞點進行精準控制，就可以在較大的韋伯數(shù)區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)有效的液滴快速脫離進入當下，為液滴的快速脫離提供了新的思路紮實。

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https://doi.org/10.1002/smll.202304635

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