类液体表面化学减少液滴撞击超疏水表面的接触时间

类液体表面化学减少液滴撞击超疏水表面的接触时间

        减少液滴撞击超疏水表面的接触时间，在诸如植物自清洁、飞机防冰、滴状冷凝及能量收集等很多基础研究和工业领域都具有重要意义。目前，已报道的策略主要是基于超疏水表面的结构设计来实现接触时间减少，包括在表面引入二级纹理（宏观或纳米级），或构建特定尺寸的致密纳米结构等。然而，这类策略在实际应用中适用性常受到限制。譬如，微纳米结构的加工不可避免地依赖于独特的结构设计与繁琐的制备工艺；所设计的二级结构（如宏观纹理）也需要液滴撞击到特定位置才能最大程度地减少接触时间。因此，一种简便、通用的策略用于减少超疏水表面接触时间是目前所迫切需要的。我们研究发现，具有高度柔性的类液体分子刷涂层可以显著增强液滴撞击后的回缩动力学。通过将超疏水表面常用的全氟硅烷（PFOS）低表面能涂层以全氟聚醚（PFPE）类液体表面化学代替，可获得多达26%的接触时间减少。该策略的新颖之处在于，仅需简单地进行类液体涂层表面改性即可有效减少接触时间，而不再需要特别设计复杂的表面结构。进一步研究发现，基于经典惯性模型所预测的PFOS和PFPE涂层表面液滴回缩时间仅相差3%，远低于实际观测到的12%-32%。这样独特的回缩动力学增强被认为归因于类液体表面化学表现出的低接触角滞后以及界面滑移效果增强。总的来说，这项研究工作为增强超疏水表面动态液体排斥性提供了一种通用策略，有望实际应用于亟待减少液滴撞击接触时间的关键领域。