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段慧玲课题组在表面浸润研究方面取得重要进展

2014-05-19

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澳门新葡www.8455.com最新网站力学与工程科学系、应用物理与技术研究中心段慧玲">段慧玲课题组与美国罗格斯大学林灏博士合作,在固体微结构表面浸润转变机制研究方面取得了重要进展,研究成果发表在5月16日出版的美国《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,论文题目为:“水下超疏水微结构表面浸润转变及亚稳态”(Metastable States and Wetting Transition of Submerged Superhydrophobic Structures, Phys. Rev. Lett. 112, 196101, 2014. http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.196101)。

 

具有表面微结构的固体材料可作为一种滑移表面功能材料应用于水下,实现流体力学滑移边界条件,达到减小流动阻力,调控流动的目的,在流动减阻、微流体等领域具有良好的应用前景。影响微结构表面功能材料滑移性能的关键因素是微结构孔隙中的气体。当水下微结构表面发生Cassie状态到Wenzel状态的浸润转变时,气体将消失,导致材料滑移性能的降低,甚至起到负面效果。因此,研究这一转变过程的力学机制,揭示影响浸润转变的主要影响因素及其相互作用关系,对于提高材料抵抗浸润的能力,实现性能的设计与优化具有重要意义。

该项研究利用共聚焦显微成像技术,原位观测了具有规则微结构的固体表面在水下的各种浸润状态,清晰地观察到亚稳态的存在。同时,定量研究了浸润转变过程,分析了水压作用以及微结构内气体溶于水中对浸润转变的影响,并从理论上对此过程进行了预测,理论预测与实验结果一致。在此基础上,提出了一个关于亚稳态寿命的标度律,得到了浸润转变的时间特征尺度。该研究为预测具有微结构的固体表面浸润状态在水下环境的工作寿命提供了可靠手段,对设计开发具有滑移功能的新型表面材料具有引导意义。

(左图:各种浸润状态;右图:理论与实验结果的比较)

 

论文第一编辑为澳门新葡8455最新网站力学与工程科学系博士研究生吕鹏宇">吕鹏宇。上述研究工作得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金面上项目、以及德国洪堡基金会校友联动计划的支撑。

 
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