Контролируемое отскакивание, испарение и перенос капель на водоотталкивающей поверхности
Исследовательская группа из Хунаньского университета предложила простой и промышленно применимый метод изготовления поверхности с чрезвычайно высокой смачиваемостью на супергидрофобной поверхности на основе алюминия с помощью комбинированного процесса электрохимического травления маски и микрофрезерования и впервые добилась контролируемого испарения, направленного отскока и переноса капель на этой поверхности в широком диапазоне температур.
Простой и промышленно применимый метод изготовления поверхности с экстремальной смачиваемостью на супергидрофобной поверхности на основе алюминия с помощью сложного процесса электрохимического травления маски и микрофрезерования (рис. 1S1). Контролируемое испарение капель на гидрофильных микропористых матричных рисунках «HNU» может быть достигнуто путем управления геометрией гидрофильных узоров (рис. 1S2). Контролируемое отскакивание капель на стыке поверхностей с разной смачиваемостью при высокой температуре (рис. 1С3). Был реализован контролируемый перенос капель в широком диапазоне температур со слиянием с использованием градиентов давления Лапласа на чрезвычайно смачиваемых поверхностях (рис. 1S4). Предоставлено: Международный журнал экстремального производства (2022 г.). DOI: 10.1088/2631-7990/ac94bb
Транспортная платформа, основанная на различиях в смачиваемости, откроет больше приложений в биохимии, микрожидкостных системах, культурах клеток, сборе и использовании энергии. Это исследование было опубликовано в журнале International Journal of Extreme Manufacturing.
Скорость испарения капель на супергидрофобных поверхностях была ниже, чем у капель на гидрофильных поверхностях. Контролируемое испарение капель на гидрофильной точечной матрице с микропорами, узоре с круглыми канавками или других узорах с разницей смачиваемости может быть достигнуто за счет управления геометрией гидрофильного узора.
Направленного отскока капель с разных расстояний можно добиться, контролируя величину разницы смачиваемости субстрата в широком диапазоне температур. Капли будут отскакивать к более смачиваемой гидрофильной области, чем больше разница в смачиваемости, тем больше скорость и расстояние отскока.
Когда температура подложки ниже точки кипения Лейденфроста, капля отскакивает в сторону гидрофильной области. Наоборот, капли отскакивают вертикально на стыке или движутся в сторону супергидрофобной области за счет тяги, создаваемой паровым слоем.
Реализован управляемый перенос капель в широком диапазоне температур со слиянием и раздельным потоком с использованием градиентов давления Лапласа на экстремально смачиваемых поверхностях. Привод с градиентом температуры можно использовать для реализации направленного и устойчивого к гравитации транспорта деионизированной воды, безводного этанола и керосина с различной вязкостью, а скорость миграции капель увеличивается с градиентом температуры.
Анализируя явление движения капель на смачиваемых поверхностях, исследователи смогли понять влияние поверхностей разной смачиваемости на движение капель. Исследователи обнаружили, что размер гидрофильной области при комнатной температуре влияет на скорость испарения и направление переноса капель, которые имеют тенденцию больше отскакивать к гидрофильным областям. Однако при высоких температурах капля отскакивает в сторону супергидрофобной области.
Команда изучила многообещающий метод промышленной подготовки поверхностей с различной смачиваемостью, но разработанная ими экспериментальная техника может быть использована для многих различных приложений.
Яо Лу из Лондонского университета королевы Марии говорит, что «это очень ценное и многообещающее достижение, и это только начало — мы уже пытаемся использовать эту технику для поддержки разработки бионических функциональных поверхностных структур, которые необходимы в таких отраслях, как биохимия, микрожидкостные системы и сбор и использование энергии».