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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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宋延林課題組在圖案化浸潤性控制Leidenfrost液滴方面取得突破
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宋延林課題組在圖案化浸潤性控制Leidenfrost液滴方面取得突破 2023-05-23 | 編輯:lry | 【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】 Leidenfrost效應(yīng)是流體研究領(lǐng)域的經(jīng)典物理現(xiàn)象,即液滴在高溫表面會(huì)呈現(xiàn)懸浮態(tài)?刂芁eidenfrost液滴在冷卻降溫、摩擦減阻、微流控和功能材料圖案化等方面都具有重要意義。當(dāng)前研究主要集中于通過固體表面構(gòu)筑物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)控液滴,其調(diào)控程度有限,實(shí)現(xiàn)的液滴動(dòng)態(tài)行為簡單。 在科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和北京分子科學(xué)國家研究中心的支持下,化學(xué)所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組近年來圍繞圖案化浸潤性控制液滴行為方面開展了系統(tǒng)研究,先后實(shí)現(xiàn)了液體復(fù)雜行為的操縱和精確圖案化(Nat. Commun. 2019, 10, 950; Sci. Adv. 2020, 6, eaay5808;Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10535-10539;Sci. Adv. 2021, 7, abh1992; Nat. Commun. 2021, 12, 6899; PNAS 2022, 119, e2201665119)。 近日,宋延林研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),制備圖案化的浸潤性表面能夠?qū)崿F(xiàn)“切割Leidenfrost效應(yīng)”,從而精確控制高溫液滴的多種復(fù)雜行為(圖1)。研究表明,改變表面浸潤性可以在相同溫度的基底上同時(shí)實(shí)現(xiàn)接觸沸騰和Leidenfrost沸騰。合理設(shè)計(jì)圖案,就可以對Leidenfrost氣膜進(jìn)行任意切割,進(jìn)而有效控制液滴蒸汽動(dòng)力學(xué),實(shí)現(xiàn)高溫液滴復(fù)雜行為的精確控制。如圖2所示,超疏水表面的“Z”形超親水圖案能夠?qū)eidenfrost氣膜分割為旋轉(zhuǎn)對稱的兩部分,從而產(chǎn)生不平衡的蒸汽流動(dòng),驅(qū)使液滴高速旋轉(zhuǎn)。隨后,他們揭示了浸潤性圖案設(shè)計(jì)與液滴行為控制之間的基本規(guī)律,并展示了其在微機(jī)械驅(qū)動(dòng)、液滴定向輸運(yùn)和“液滴蒸汽機(jī)”等方面的潛在應(yīng)用。這一研究首次提出了“切割Leidenfrost效應(yīng)”的概念,實(shí)現(xiàn)了對 Leidenfrost液滴復(fù)雜動(dòng)態(tài)行為的精準(zhǔn)控制,在液滴控制、多相流和相變傳熱等領(lǐng)域具有重要的啟示意義。相關(guān)成果近日發(fā)表于Nature Communications期刊(Nat. Commun. 2023, 14, 2646),論文的第一作者是博士后李安和李會(huì)增副研究員,通訊作者是宋延林研究員、李會(huì)增副研究員和清華大學(xué)孫超教授。 圖1 高溫圖案化浸潤性表面的液滴旋轉(zhuǎn)行為 圖2 浸潤性圖案切割Leidenfrost氣膜 綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2023年5月23日 |

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