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国际顶级期刊《Physical Review Letters》刊发我校刘亚华教授团队最新研究成果
来源:菠菜靠谱平台 发布人: 时间:2021-06-16 浏览:

近日,我校菠菜靠谱平台刘亚华教授与清华大学吕存景教授、香港城市大学王钻开教授合作,在液滴碰撞动力学研究领域取得突破性进展。相关成果以“Horizontal Motion of a Superhydrophobic Substrate Affects the Drop Bouncing Dynamics”为题,于2021年6月11日在物理学国际期刊《Physical Review Letters》上发表。



超疏水表面是一种对水具有很强排斥性的表面,水滴在该表面上难以稳定停留,易于滚落,从而达到自清洁的效果。自然界中存在许多动植物超疏水表面,如植物叶片、昆虫翅膀、鸟类羽毛和动物的毛皮等,其中荷叶是典型代表。基于“荷叶效应”制备的仿生超疏水表面因其优异的自清洁、防腐蚀和抗结冰等性能,在航空航天、交通运输和能源动力等关键领域具有广泛的应用前景。为实现仿生超疏水表面在相关领域的有效应用,需要对表面上液滴碰撞动力学行为的物理机制有清晰的认识。

目前的研究多集中于液滴与静止超疏水表面的相互作用,而实际应用表面常处于运动状态,如飞机引擎、直升机旋翼和风机叶片等。与液滴碰撞静止表面相比,运动超疏水表面上液滴碰撞动力学行为更加复杂,对相关机制的理解也更为关键且更具有实际应用的价值。针对这一现状,大连理工大学刘亚华和清华大学吕存景等通过系统的液滴碰撞实验和理论研究,在该领域如下三个关键科学问题上取得了突破:液滴碰撞速度与表面运动速度对固液接触时间、液滴形变和液滴在表面上滑移距离的影响规律。

研究结果表明,当液滴碰撞运动的超疏水表面时,固液接触区空气膜产生的粘性力沿着表面运动方向对液滴进行拖拽,引起液滴非对称变形和局部优先脱离基底,液滴等效碰撞质量减小,从而大幅减小固液接触时间。这是液滴碰撞运动超疏水表面与静止超疏水表面一个本质的区别。研究工作揭示了碰撞过程中,在粘性力、液滴惯性力和毛细力等共同作用下固液接触时间、液滴铺展尺寸及滑移距离与液滴碰撞速度和表面运动速度间的定量关系,给出了相关的标度律。与静止超疏水表面相比,几米每秒的运动超疏水表面便可实现固液接触时间大幅减少40%以上。该研究成果为运动超疏水表面的抗结冰等应用提供了理论依据。

文章第一作者为我校菠菜靠谱平台博士生詹海洋,通讯作者为菠菜靠谱平台刘亚华教授和清华大学吕存景教授,共同作者为学院博士生卢晨光和刘聪,香港城市大学王钻开教授参与了本工作。该研究得到了国家自然科学基金和香港GRF等项目的资助。

Physical Review Letters》是美国物理学会(APS)的会刊和旗舰杂志,主要发表物理和相关交叉学科的前沿研究成果,是国际物理学领域顶级学术期刊。


论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.234503


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