Forståelse af befugtning af mikrostrukturerede overflader kan hjælpe med at give dem nye funktioner

Befugtnings- og vedhæftningskarakteristika for faste overflader afhænger kritisk af deres fine strukturer. Imidlertid, indtil nu, vores forståelse af præcis, hvordan glidende adfærd af flydende dråber afhænger af overflademikrostrukturer, har været begrænset. Nu, fysikere Shasha Qiao, Qunyang Li og Xi-Qiao Feng fra Tsinghua University i Beijing, Kina har gennemført eksperimentelle og teoretiske undersøgelser af friktion af væskedråber på mikrostrukturerede overflader.

I et papir udgivet i EPJ E , forfatterne fandt ud af, at under samme faste fraktion, friktion på overflader med en struktur, der består af mikrohuller, er meget højere end på overflader, der er mønstret med en række søjler. Sådanne mikrostrukturerede overflader har hjulpet med at designe nye overflader, der efterligner overflader, der findes i naturen, såsom selvrensende overflader, reducerede trækflader, overflader, der er i stand til at transportere væsker i mikrofluidiske systemer, varianter med egenskaber mod isdannelse eller varmeoverførsel, og endda overflader, der letter olie-vand-separering.

I dette studie, forfatterne fokuserer på den glidende adfærd af en dråbe på mikrohullestrukturerede overflader. For nylig, den samme gruppe af fysikere viste, at den procentdel af plads, der er optaget af faste stoffer til en overflade på en enhedsareal, faktisk kan påvirke væskeformige dråbes glideadfærd væsentligt på overflader med mikro-søjlekonstruktioner.

I dette studie, forfatterne demonstrerer, at kontinuiteten af ​​overflademikrostrukturerne også kan ændre dråbernes glideadfærd betydeligt. De viser, at den glidende friktion steg med stigende solid area fraktion. Denne konklusion blev eksperimentelt valideret ved aktivt at glide en vanddråbe på faste overflader med mikrohuller og mikro-søjler i forskellige størrelser, samtidig med at de resulterende glidende friktionskræfter blev målt.

Forfatterne forklarer derefter kontrasten i friktion mellem mikrohul og mikro-søjleoverflader kvalitativt ved at udvikle en forbedret teoretisk model, som forlænger den klassiske befugtningsmekanismemodel ved at overveje en endelig effektiv bredde af fast-væske-gas-kontaktledningen.