深圳先進院在超疏液表面潤濕建模研究中獲進展

　　現代社會的工業生產和日常生活中，固液界面相互作用帶來的液體吸附、殘留、腐蝕、擴散、污染、損失等廣泛存在，具有低粘附、易流動特性的仿荷葉的超疏液表面成為減少液體吸附和殘留的理想選擇。超疏液表面作為超疏水表面的升級和擴展，其具有的諸多優良特性，尤其是其對任何液體的自清潔特性，在減少塑料袋白色污染、醫療器具抗菌、紡織服裝、擋風玻璃、高層建筑清潔、廚房油煙、微流體設備等領域都極具應用潛力。

　　良好的壓力穩定性和較小的接觸角滯后是超疏液表面獲得廣泛應用的前提，然而當前仍然缺乏有效的模型用于預測不同超疏液表面的壓力穩定性和接觸角滯后。中國科學院深圳先進技術研究院吳天準課題組的王智偉等基于三相接觸線的力學，分析研究了超疏液表面的潤濕機理，獲得了可預測不同微納結構超疏液表面的壓力穩定性和接觸角滯后的有效模型。

　　研究人員首先基于不同微納結構超疏液表面液滴的受力分析，給出了表面壓力穩定性的表達式，并針對超疏液表面的兩種失效模式引入了兩個無量綱參數，從而實現液滴潤濕狀態的判定和預測。此外研究人員還設計了離散環形排列的超疏液表面，以利于獲得三相接觸線，并利用深反應離子刻蝕技術(DRIE)制備了Si基的超疏液表面，通過提出接觸線比例分數并以此修正了“彈簧”模型，獲得了適用于非均質超疏液表面的接觸角滯后的理論模型，模型結果與實驗結果吻合良好。這些研究成果可用于預測超疏液表面液滴的潤濕狀態和運動阻力，有助于高性能超疏液表面的設計、制備，對超疏液表面的早日實用化具有重要意義。

　　該研究成果受到國家自然科學基金、廣東省創新團隊、深圳市孔雀團隊等項目的資助，發表在《物理化學學報C輯》（The Journal of Physical Chemistry C）上。

圖1. (a)荷葉表面水滴的“懸浮”和自清潔；(b)吳天準課題組制備的超疏液表面可以實現對各種液滴的“懸浮”和自清潔；(c-d) T型倒懸結構實現對各種液滴懸浮的機理。

圖2. (a)液滴“懸浮”的Cassie-Baxter狀態；(b) 液滴“塌陷”的Wenzel狀態；(c) 理論模型和實驗結果都表明只有當P*>2且H*>0時，液滴才能保持Cassie-Baxter狀態。

圖3. (a)離散環形結構的超疏液表面；(b) 在環形結構超疏液表面上三相接觸線的受力和運動；(c) 基于修正“彈簧”模型的接觸角滯后的理論模型與實驗結果吻合良好。