在圖案化浸潤性控制Leidenfrost液滴方面獲進展

Leidenfrost效應是流體研究領域的經典物理現象，即液滴在高溫表面會呈現懸浮態。控制Leidenfrost液滴在冷卻降溫、摩擦減阻、微流控和功能材料圖案化等方面具有重要意義。當前研究集中于通過固體表面構筑物理拓撲結構調控液滴，其調控程度有限，實現的液滴動態行為簡單。

中國科學院化學研究所綠色印刷院重點實驗室宋延林課題組近年來圍繞圖案化浸潤性控制液滴行為方面開展了系統研究，實現了液體復雜行為的操縱和精確圖案化。

近日，宋延林團隊發現，制備圖案化的浸潤性表面能夠實現“切割Leidenfrost效應”，從而精確控制高溫液滴的多種復雜行為（圖1）。研究表明，改變表面浸潤性可以在相同溫度的基底上同時實現接觸沸騰和Leidenfrost沸騰。合理設計圖案，便可對Leidenfrost氣膜進行任意切割，進而有效控制液滴蒸汽動力學，實現高溫液滴復雜行為的精確控制。如圖2所示，超疏水表面的“Z”形超親水圖案能夠將Leidenfrost氣膜分割為旋轉對稱的兩部分，從而產生不平衡的蒸汽流動，驅使液滴高速旋轉。進一步，該研究揭示了浸潤性圖案設計與液滴行為控制之間的基本規律，并展示了其在微機械驅動、液滴定向輸運和“液滴蒸汽機”等方面的潛在應用。該工作首次提出了“切割Leidenfrost效應”的概念，實現了對Leidenfrost液滴復雜動態行為的精準控制，在液滴控制、多相流和相變傳熱等領域具有啟示意義。

相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。該研究由化學所和清華大學合作完成。研究工作得到科學技術部、國家自然科學基金委員會、中國科學院和北京分子科學國家研究中心的支持。