The rolling and slipping of droplets on superhydrophobic surfaces
许多植物的叶子都具有超疏水性，这种特性可能是为了通过鼓励水滴聚集并滚落来清洁叶子。超疏水表面也可以表现出降低的摩擦，并且已经发现在这种表面上流动的液体在明显违反经典无滑动边界条件的情况下滑动。在这里，我们引入了一个模型的超疏水表面上的滚动液滴和调查在什么条件下滑动可能是重要的稳态运动。特别是，我们研究了三个限制的情况下，在滚动液滴耗散为主的粘性耗散，表面摩擦，或接触线摩擦。我们发现，在分子动力学模拟液滴在理想的超疏水表面与大的有效滑移长度，接触线耗散占主导地位的液滴运动。然而，在实际叶片上，液滴运动很可能是由粘性剪切，和滑动，在大多数情况下，可以忽略不计。
2017-12-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Making superhydrophobic splashes by surface cooling
我们通过实验研究了凝固对飞溅的增强作用。调查水滴在干燥光滑表面上的影响，我们表明，飞溅的过渡速度可以大大减少通过冷却低于液体熔化温度的表面。我们发现，在非常低的温度下（低于$-60 ^\circ \rm C$），飞溅的行为变得独立的表面过冷度，并呈现出相同的特性，在环境温度下的超疏水表面。这种相似性是由于随着表面过冷度的增加，薄层的动态前进接触角增加，从等温亲水到超疏水行为。我们提出，晶体的形成可以影响的动态接触角的薄片，这将解释这一令人惊讶的转变。最后，我们表明，从亲水性超疏水行为的转变也可以定量的喷出物的动力学特征。
2023-02-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Triggering flow asymmetry by lamella deflection during drop impact on superhydrophobic surfaces
水滴撞击超疏水表面后会完全反弹，并具有显著的弹性。对于这种冲击，惯性力和毛细力之间的平衡确定了接触时间。对于任何宏观上平坦的SHS和给定的液滴体积，这被发现是相当恒定的。最近，各种研究表明，在跌落冲击过程中打破径向对称性可以显着减少接触时间低于平面SHS。一项这样的研究是在圆柱形SHS上进行的，其曲率与液滴相当。接触时间的减少归因于由动量的切向分量和碰撞期间液滴的椭圆形足迹所赋予的径向各向异性流。在这里，我们进行了下降的冲击实验浴缸般的SHS和径向各向异性可以触发，即使在没有上述两个标准。这被证明是一个后果的薄层偏转过程中的滴的传播。在该实验方案中，接触时间的减少是非常明显的。
2018-01-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Contact angle measurements on superhydrophobic Carbon Nanotube Forests : effect of fluid pressure
本文研究了压力对水滴在超疏水碳纳米管森林上的接触角的影响。超疏水碳纳米管森林是从一个新的和简单的功能化策略，基于金-硫醇亲和力。使用一个专门设计的实验装置，然后，我们表明，这些表面能够承受高过剩的压力（大于10千帕），而不会过渡到粗糙侵入状态，因此保持其低粘附性能。连同该方法的相对低的技术成本，这种相对于压力的鲁棒性使得这种表面对于实际集成到微流体系统中非常有吸引力。
2005-05-09 cond-mat.soft
Is superhydrophobicity robust with respect to disorder?
我们从理论上考虑了描述粗糙基底润湿接触角的Cassie-Baxter和Wenzel态。更准确地说，我们考虑不同类型的周期性几何形状，如方形突起和磁盘在2D中，凹槽和纳米颗粒在3D中，并明确推导出接触角公式。我们还展示了如何引入表面无序的概念内的问题，仿生学的启发，研究其对超疏水性的影响。我们的研究结果，相当普遍地，证明了引入无序，在固定给定的粗糙度，将降低接触角：无序基板将有一个较低的接触角比相应的周期性基板。我们还表明，有一些选择的障碍，超疏水性的损失可以小，使超疏水性强大。
2013-08-19 cond-mat.soft
Drops bouncing off macro-textured superhydrophobic surfaces
最近的实验与液滴冲击的宏观纹理的超疏水表面揭示了新的制度的弹跳与显着减少的接触时间。我们在这里提出了一个全面的数值研究，揭示了这些新的反弹制度背后的物理和量化的各种外部和内力，影响一个复杂的表面的动态下降所发挥的作用。第一次，涉及宏观纹理表面的三维模拟进行。除了证明模拟以定量的方式再现实验外，该研究还专注于分析当前实验之外的流动情况。我们表明，实验观察到的接触时间的减少延伸到更高的韦伯数，并分析所发挥的作用的纹理密度。此外，我们报告了一个非线性行为的接触时间与应用相关的不完美的涂层纹理的韦伯数的增加，并研究了在很宽的韦伯数范围内的倾斜表面的影响。最后，我们提出了新的能源分析技术，阐述和量化的动能和表面能之间的相互作用，以及所发挥的作用，耗散各种韦伯数。
2016-08-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
3D-Printed Surface Architecture Enhancing Superhydrophobicity and Viscous Droplet Repellency
宏观纹理化的超疏水表面可以减少冲击水滴的液滴-基底接触时间，然而，对于明显更粘稠的液体具有类似性能的表面设计缺失，尽管它们在性质和技术上的重要性，例如用于防冰应用中的化学屏蔽、食物染色排斥性和过冷（粘性）水滴去除。在这里，我们介绍了一种确定性，可控性和可扩展性的方法来制造具有3D打印架构的超疏水表面，结合交替表面突起和凹陷的阵列。我们显示了超过三倍的接触时间减少的影响粘性液滴的流体粘度为3.7mPa·s，这等于3.7倍的水的粘度在室温下，涵盖了许多化学品和过冷水的粘度。综合考虑内的流体流动和纹理上方的同时液滴动力学，我们建议未来的途径，合理地架构这样的表面，所有实现与这里提出的方法。
2018-12-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Obtaining superhydrophobicity using commercial razor blades
由于超疏水特性是通过在液滴下方形成由固体和空气组成的复合表面而出现的，因此已经制造了大量可以捕获空气的粗糙表面。最近，平衡接触角小于90度的材料上的空气捕获通过制造适当的结构来实现，该结构在该条件下导致能量稳定性。虽然这些方法是在静态和平衡条件的假设下提出的，但本研究通过液滴沉积和液滴撞击实验采取动态和非平衡方法。通过采用由市售不锈钢剃刀刀片组成的测试表面，我们表明钉扎效应在“亲水性”基材上带来约160度的表观水接触角。我们称这种状态为“非平衡Cassie态”，并给出了理论解释。此外，在适度的韦伯数的范围内，这些表面上的液滴的冲击的动态特性进行了讨论。
2015-08-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Influence of surface roughness on superhydrophobicity
液体接触角θ大于150度的超疏水表面具有重要的实际应用，从自清洁窗玻璃、油漆和织物到低摩擦表面。许多生物表面，如荷叶，具有分级结构的表面粗糙度，其通过自然选择针对超疏水性进行优化。在这里，我们提出了一个分子动力学研究液滴接触自仿射分形表面。我们的研究结果表明，纳米液滴的接触角强烈依赖于均方根表面粗糙度的幅度，但几乎是独立的分形维数D_f的表面。
2006-09-30 cond-mat.soft
Modelling contact angle hysteresis on chemically patterned and superhydrophobic surfaces
我们研究了接触角滞后的化学图案和超疏水表面，作为液滴体积是准静态增加和减少。我们认为两个，和三个，使用分析和数值方法，以尽量减少自由能的下降的尺寸。在两个维度，我们发现，在协议与其他作者，一个滑动，跳跃，坚持运动的接触线。在三维中，这种行为持续存在，但接触线跳跃的位置和幅度对表面图案的细节很敏感。在两个维度上，我们确定分析上的不同表面上的前进和后退的接触角，我们使用数值的见解，认为这些提供了三维情况下的边界。我们提出了明确的模拟表明，一个简单的平均超过无序是不足以预测的细节的接触角滞后，并支持解释低接触角滞后的悬浮液滴在超疏水表面。
2006-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stability of Superhydrophobic Ring & Axle Liquid Bearings
接触固体表面之间的摩擦力是微尺度上的主导力，并且是MEMS设计中的主要考虑因素。非接触式流体轴承已经被研究作为缓解这个问题的一种方式。在这里，我们讨论了一种新的设计表面张力支持的推力轴承，利用图案化的超疏水表面，以实现更好的减阻。我们研究了设计中的不稳定性来源，并证明了它可以简单地建模，并具有优越的刚度相比，其他设计。
2015-06-24 cond-mat.soft
Anisotropic hysteresis on ratcheted superhydrophobic surfaces
我们考虑的平衡行为和动力学的液滴在超疏水表面图案化的脊或职位。由于表面图案化的各向异性几何形状，接触线可以优先从棘轮的一侧脱钉，导致新颖的部分悬浮的超疏水状态。在这种构造和塌陷状态下，液滴在被推动穿过表面时显示出强的方向性接触角滞后。然而，这两个国家的容易方向是不同的。这一观察使我们能够解释最近描述蝴蝶翅膀上水滴运动的实验。
2009-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Drop dynamics on hydrophobic and superhydrophobic surfaces
我们研究了微米级液滴在疏水或超疏水表面上的动力学。随着高度的增加，整个液滴的速度分布从二次曲线变化到线性曲线，表明从滑动到滚动运动的交叉。我们确定了一个介观滑动毛细数，它只依赖于接触线的运动和形状的下降，并表明，滚动的角速度随粘度增加。对于超疏水表面上的液滴，我们认为，坦克踩踏前进从后到后取代了扩散松弛，使接触线移动光滑的表面。因此，液滴在超疏水表面上的移动速度比在光滑几何形状上的移动速度更快。
2010-09-23 cond-mat.soft
A liquid contact line receding on a soft gel surface : dip-coating geometry investigation
研究了疏水软凝胶（SBS-石蜡）上液体接触线后退的动力学。为了实现具有精确速度控制的良好限定的几何形状，实施浸涂设置。如果弹性模量足够小，则在接触线附近发生显著的变形，这又极大地影响润湿行为。根据基板的平移速度，接触线表现出不同的运动状态。在高速和低速下观察到连续运动，同时在中等速度下出现两种类型的粘滑运动，周期性和不稳定性。我们认为观察到的跃迁可以用不同频率之间的竞争来解释，即，由接触线运动引起的应变场变化的频率和凝胶的交叉频率与材料松弛有关。我们的研究结果提供了系统的意见，如何修改的液体的润湿的流变性质的复杂的软基板。
2015-11-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Freezing-Melting Mediated Dewetting Transition for Droplets on Superhydrophobic Surfaces with Condensation
Tianjin University（天津大学）
本研究提出冻结-融化策略，实现超疏水表面液滴从Wenzel到Cassie-Baxter状态的去湿转变，分析了冷凝引发的湿性转变及不同表面结构对液滴行为的影响。
2026-02-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mapping micron-scale wetting properties of superhydrophobic surfaces
人们对开发用于防污和传热应用的超排斥表面有着巨大的兴趣。为了表征这种表面的润湿特性，最常用的方法是放置毫米大小的液滴并测量其接触角。附着力和摩擦力则可以从弗密奇的关系式中间接地推导出来。虽然易于实施，但接触角测量是半定量的，并且不能解决表面上的润湿变化。在这里，我们将一个微米大小的液滴连接到原子力显微镜悬臂梁上，直接测量具有纳米牛顿力分辨率的粘附力和摩擦力。我们在空间上映射超疏水表面的微米级润湿特性，并观察时间分辨的钉扎-脱钉动力学作为液滴从表面分离或移动。
2019-09-10 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Scaling laws for slippage on superhydrophobic fractal surfaces
我们研究了分级分形超疏水表面上的滑移现象，发现在这些表面上流体动力学摩擦具有意想不到的丰富行为。我们开发了一个标度律方法的有效滑移长度，这是通过数值解的流体动力学方程进行验证。我们的研究结果表明，滑移强烈依赖于分形维数，并发现总是较小的分形表面相比，表面有规律的图案。这表明，与天真的期望相反，有效接触角的值不足以推断分形表面上的滑移量：取决于粗糙度的基本几何形状，强超疏水表面在某些情况下可能在减阻方面完全无效。最后，我们的缩放分析可以直接扩展到分形表面的热传递的研究，以估计图案化表面上的Kapitsa表面电阻，以及在chemoreception的背景下，通过斑片状层次表面捕获扩散粒子的问题。
2012-01-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Behaviour of flexible superhydrophobic striped surfaces during (electro-)wetting of a sessile drop
我们在这里研究的微观变形的弹性薄板构成的超疏水基板在不同的润湿条件下的固着液滴使用电润湿。使用共焦显微镜的变形轮廓的薄片进行实验评估。这些实验结果，然后解释使用变分原理形式主义的框架内的线性弹性。我们发现，局部变形的薄片主要是由净水平分量的毛细作用力作用在其顶部由于钉扎液滴接触线控制。我们还讨论了电润湿的间接作用，在支配的弹性层的变形特性。一个重要的结论是，小挠度假设，这是经常使用的文献中，未能提供一个定量的描述的实验结果，一个完整的解决方案的非线性控制方程是必要的，以描述实验获得的偏转轮廓。
2019-08-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Polyelectrolyte adsorption at the solid-liquid interface favors receding contact line instability
Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
研究通过高速高分辨率显微镜观察滑动滴液的退缩接触线动态，揭示粘弹性对退缩接触线不稳定性的影响，发现聚合物电荷对丝状物形成有关键作用。
2026-04-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flow profiles near receding three--phase contact lines: Influence of surfactants
润湿和去湿的动力学在很大程度上取决于接触线附近的速度场。对于水滴，已经观察到添加表面活性剂降低动态后退接触角，即使在远低于临界胶束浓度（CMC）的浓度下。为了更好地理解为什么表面活性剂对液滴动力学具有如此剧烈的影响，我们在倒置显微镜上构建了一个专用的装置，其中当透明基底水平移动时，水滴保持静止。使用像散粒子跟踪测速仪，我们跟踪的三维位移的示踪粒子在流动中。我们研究了表面活性剂如何改变毛细管数为$10^{-6}$的移动液滴的后退接触线附近的流动动力学。即使表面活性剂浓度$c$远低于临界胶束浓度（$c \ll$ CMC），Marangoni应力也会显著改变流动。我们首先讨论我们的结果在一个二维模型，认为对流和扩散的表面活性剂的运输和推断估计的幅度和缩放的马兰戈尼应力从这个。模拟和实验一致认为，少量$μN \, m^{-1}$的表面张力的微小梯度足以显著改变流动剖面。Marangoni应力随距离接触线的变化表明，二维对流扩散模型必须扩展到全三维模型。这种影响是普遍存在的，因为表面活性剂存在于许多技术和自然去湿过程中，或者是故意的，或者是作为污染物。
2021-08-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Superhydrophobicity on hairy surfaces
我们研究了具有细弹性毛发图案的表面的润湿特性，重点是识别亲水毛发上的超疏水状态。我们制定了一个二维模型的一个大的下降接触一排等间距的弹性头发，并通过最小化模型的自由能，确定稳定和亚稳态。特别是我们集中在“部分悬挂”状态，其中的头发弯曲，以支持下降-单线态，所有的头发弯曲在同一方向，和双峰状态，相邻的头发弯曲在相反的方向-并找到这些配置的材料接触角，头发的灵活性，和系统的几何形状方面的稳定性的限制。在亲水性接触角下，液滴可以保持悬浮在单线态，但只有当毛发是疏水性的时，才存在双线态。如果头发在根部倾斜，系统更有可能演化成单线态。我们讨论如何，在有限的情况下，可以修改的结果来描述一个阵列的头发在三维空间。我们发现，现在单重态和二重态都可以在亲水性毛发上表现出超疏水行为。我们讨论了我们的方法的局限性和未来的工作方向。
2010-09-27 cond-mat.soft
The motion, stability and breakup of a stretching liquid bridge with a receding contact line
通过研究一个模型问题，在该模型中，一个恒定体积的液体桥的演变作为桥梁被拉伸，被认为是在疏水表面上的液滴沉积的复杂行为。桥在上接触点处以固定的直径固定，但是在下附接点处的接触线在光滑的基底上自由移动。实验表明，最初，当桥被拉伸时，下接触线缓慢地向内缩回。然而，在一个临界半径，桥梁变得不稳定，接触线急剧加速，向内移动非常快。桥随后夹断，并且小液滴留在衬底上。准静态分析，使用杨拉普拉斯方程，是用来准确预测的形状的桥梁在最初的桥梁演变，包括最初发病的缓慢接触线回缩。一个稳定性分析是用来预测的开始夹断，和一个一维的动力学方程，再加上一个Tanner定律的动态接触角，是用来模拟快速夹断行为。数值预测和实验之间的良好协议被发现在整个桥梁的演变，和动态接触线模型的重要性被证明。
2010-10-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modelling the formation of structured deposits at receding contact lines of evaporating solutions and suspensions
当纳米颗粒的液体悬浮液或聚合物溶液的膜沉积在表面上时，它可以从表面去湿，并且随着溶剂蒸发，溶质颗粒/聚合物可以以规则的线图案沉积在表面上。在本文中，我们探讨了一个流体动力学模型的过程中，是基于长波近似，预测沉积的不规则和规则的线条图案。这是由于自组织的钉扎-去钉扎循环，类似于接触线的粘滑运动。我们提出了一个详细的分析，如何线图案的属性取决于数量，如蒸发速率，溶质浓度，Péclet数，化学势的环境蒸汽，分离压力，和特性粘度。结果与几个实验和其他软物质系统的脱钉过渡。
2012-08-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tuning the receding contact angle on hydrogels by addition of particles
控制水凝胶的溶胀、化学官能化和粘附性在广泛的材料系统中找到了新的应用。实验研究了水凝胶表面吸附粒子对接触线脱钉的影响。在我们的实验中，含有聚苯乙烯微球的水滴沉积在溶胀的水凝胶上，这导致了水滴吸收和颗粒沉积。观察到两个制度：下降的高度与钉扎接触线，然后由后退的接触线。我们发现，增加颗粒浓度增加的持续时间的第一政权，并显着降低总吸收时间。吸附的颗粒增加了接触线处的钉扎力。最后，我们发展了一种考虑水凝胶溶胀的后退接触角测量方法。
2016-05-24 cond-mat.soft
Onset of rebound suppression in non Newtonian droplets post impact on superhydrophobic surfaces
液滴在超疏水表面上的沉积由于其在减少农药使用方面的潜在应用而成为近年来的一个重要研究领域。已知向水中添加微量的长链聚合物可以阻止超疏水表面上的液滴反弹效应。以往的研究认为，由于聚合物链的拉伸，拉伸粘度、弹性应力的优势或收缩阶段接触线的减慢等原因是不同的。本研究试图解开存在的关键标准的聚合物浓度和冲击速度对抑制液滴反弹。冲击速度将间接影响回缩阶段的剪切速率，聚合物浓度决定弹性流体的松弛时间尺度。最后，我们表明，Weissenberg数（在发病的收缩），它量化的弹性效应的聚合物链和流体力学，是在确定的制度的反弹抑制发病的关键参数，并存在一个临界值，它决定了发病的反弹逮捕。前面三个原因，这是在非牛顿流体中的弹性效应的表现，可以与建议的Weissenberg数准则。
2019-06-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modelling droplets on superhydrophobic surfaces: equilibrium states and transitions
我们提出了一个格子玻尔兹曼解决方案的运动方程描述的扩散液滴的拓扑图案化的基板。我们将其应用于模拟由微米级柱阵列覆盖的表面上的超疏水行为。我们发现图案化导致接触角从$110^o$大幅增加到$156^o$。描述了从悬挂在柱子顶部的液滴到塌陷在凹槽中的液滴的过渡的动力学。
2005-04-11 cond-mat.soft
Uniting Superhydrophobic, Superoleophobic and Lubricating Fluid Infused Slippery Behavior on Copper Oxide Nano-structured Substrates
具有球形（0 D）、针状（1D）和分级菜花状（3D）形貌的氧化铜纳米结构被用于展示超疏水、超疏油和光滑行为。这些纳米结构的合成镀锌钢基板上使用一个简单的化学浴沉积方法，通过调整前体浓度。随后涂覆低表面能聚合物聚二甲基硅氧烷，产生超疏水性，水接触角约为160（2）°，临界滑动角约为2°。当用低表面能全氟烷基硅烷官能化时，这些表面对低表面张力油和烃显示出高排斥性。其中，分级菜花形态表现出更好的凹入结构，因此显示出最好的超疏油性，对于具有表面张力25.3 mNm-1的十二烷具有149°的接触角。如果这些纳米结构的基板注入润滑剂硅油，它们表现出良好的光滑性能的水滴。由于硅油的润滑性质，硅油浸渍的光滑表面（SOIS）显示出低接触角滞后（~2°）和临界倾斜角（~2°）。与其他纳米结构表面相比，分级花椰菜纳米结构表现出更好的光滑特性和稳定性。
2016-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Patterned deposition at moving contact lines
当一种简单或复杂的液体从光滑的固体基底上退去时，它通常会留下一种均匀或结构化的沉积物。在后退的非挥发性纯液体的情况下，取决于弯月面的后退速度和系统的润湿性质，沉积物可以是液膜或液滴的排列。对于含有挥发性成分的复杂液体，例如，在聚合物溶液和颗粒或表面活性剂悬浮液中，沉积物可以是均匀的或结构化的溶质层，其结构范围从可以通过液滴的六边形或正方形排列与后退接触线正交或平行的线图案到复杂的分层结构。我们回顾了一些最近的实验和建模方法，特别侧重于介观水动力长波模型。结论部分提出了有待解决的问题，并对未来的发展进行了展望.
2013-07-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Free-energy barrier of filling a spherical cavity in the presence of line tension: Implication to the energy barrier between the Cassie and Wenzel state on a superhydrophobic surface with spherical cavities
本文研究了具有不同润湿性内壁的球形空腔的自由能垒。透镜状液滴的形态和自由能由自由能的最小值确定。研究了线张力对自由能的影响。然后，从广义杨氏方程确定液滴的平衡接触角。通过增加球形腔内的液滴体积，液滴形态从具有$180^{\circ}$的平衡接触角的球形变为具有凸弯月面的透镜，其中发生形态完全干燥转变。通过进一步增加液滴体积，弯月面从凸形变为凹形。然后，具有凹弯月面的透镜状液滴在整个内壁上扩散，导致$0^{\circ}$的平衡接触角，从而留下球形气泡，在此发生形态学上的完全润湿转变。最后，整个空腔充满液体。自由能显示了从完全干燥到完全润湿的屏障作为液滴体积的函数，其对应于具有球形空腔的超疏水表面的Cassie和Wenzel状态之间的能量屏障。自由能最大值出现在液滴弯月面变平时，并由解析公式给出。线张力的影响由缩放的线张力表示，并且该影响在自由能最大值处最大。正的线张力增加了自由能最大值，从而增加了Cassie超疏水状态的稳定性，而负的线张力使超疏水状态不稳定。
2016-08-30 cond-mat.soft
Numerical simulation of the coalescence-induced polymeric droplet jumping on superhydrophobic surfaces
本文通过三维直接数值模拟研究超疏水表面上粘弹性液滴合并诱导跳跃，揭示弹性与剪切变稀改变速度标度并促进液滴在更高Ohnesorge数下跳离表面。
2022-02-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Topology optimization of robust superhydrophobic surfaces
在本文中，我们首次将拓扑优化应用于微结构超疏水表面。实验观察到，悬浮在测微柱刷上的液滴显示出高的静态接触角和低的滚降角。为了防止流体穿透柱之间的空间，我们寻找最佳柱截面，当施加压差时，该最佳柱截面使液滴底部处的液体-空气界面的垂直位移最小化。拓扑优化在这个框架中证明是有效的，表明具有分支横截面的柱子是最佳的，这与实现超疏水性的几种生物策略一致。通过一种过滤技术，我们还可以控制优化设计的特征长度尺度，从而获得可行的几何形状
2013-02-27 cond-mat.soft
Viscoelastic Liquid Bridge Breakup and Liquid Transfer Between two Surfaces
实验研究了由聚丙烯酸水溶液构成的液桥在接触线自由移动的两个分离固体表面之间的破裂。对于高于某一阈值（$\sim$ 30 ppm）的聚合物浓度，具有最高后退接触角的表面上的接触线在其颈部处发生液桥毛细管破裂之前完全缩回。这意味着当表面分离时，所有液体保持附着到相对表面。无论研究的液体体积和拉伸速度的范围如何，都会发生这种行为。这种行为与牛顿液体或非牛顿系统中观察到的接触线被故意钉扎的行为非常不同。结果表明，这种行为源于在具有较低后退接触角的表面上，桥颈变薄（由拉伸增厚延迟）和接触线后退（由剪切变薄增强）之间的竞争。如果两个表面表现出相同的润湿特性，则由于重力引起的不对称性，上接触线在毛细管破裂之前完全缩回，因此，所有液体保留在下表面上。
2020-08-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drop Impact on Two-Tier Monostable Superrepellent Surfaces
超排斥性是一种有利的非润湿情况，其特征在于具有极低粘附力的显著减少的固体/液体接触区域。然而，跌落冲击通常带来与相当增强的水亲和力相关的接触区域的显著延伸，这使得超疏水性不可逆地破坏。在这里，我们报告了一个替代的结果，重复Cassie-Wenzel-Cassie（CWC）润湿状态在微观尺度上的转变发生时，一滴影响两层超疏水表面，表现出鲜明的对比，以传统的观点。定量分析了材料参数对冲击动力学的影响。我们证明，自清洁和滴状冷凝显着受益于这一结果-污垢颗粒或小液滴在深纹理可以通过过渡带走。本研究的结果为设计功能性超拒避材料提供了理论依据。
2019-06-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Achieve equilibrium outside the contact angle hysteresis
本文通过微观接触过程推导前进与后退接触角，发现理想粗糙二维表面上平衡接触角可小于后退接触角并趋于0度，使超亲水表面滞后消失，并经自由能分析、模拟和实验验证。
2025-01-22 cond-mat.soft
Directed transport of polymer drops on vibrating superhydrophobic substrates: A Molecular Dynamics study
使用分子动力学模拟的粗粒度的聚合物液体，我们调查的不对称结构（锯齿形），振动基板上的液滴的运输。由于通过基板振动的连续功率供应及其形貌的不对称性，液滴在优选方向上被驱动。我们研究这种定向运动作为液滴的大小，基板的线性尺寸的函数，和振动的周期。驱动运输的两种机制被确定：（i）一个依赖于液滴的接触线和（ii），在振动周期的范围内，整个接触面积有助于驱动。在后一种情况下，该装置可以用于根据液滴的大小对液滴进行分选的实验中。此外，我们表明，基板的线性尺寸的微滴内的流量的影响。虽然在具有精细波纹的基底上，液滴主要滑动，但在更粗糙波纹的基底上，焊剂可以表现出额外的旋转图案。
2013-12-17 cond-mat.soft
Dynamics of sliding drops on superhydrophobic surfaces
我们使用一个自由能格子玻尔兹曼方法来研究数字的动态液滴移动通过超疏水表面。表面包括与液滴尺寸相比小的柱的规则阵列。对于悬挂在柱子上的液滴，速度随着柱子数量的减少而增加。我们表明，这是因为速度主要是由接触角，这反过来又取决于由职位覆盖的面积。填充在柱子之间空隙中的塌陷液滴的行为方式非常不同。柱子现在阻碍了下落行为，并且速度随着它们的密度增加而下降。
2006-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pancake bouncing on superhydrophobic surfaces
促进液滴快速分离的工程表面对于广泛的应用（包括防冰、滴状冷凝6和自清洁）具有重要意义。在这里，我们展示了用纳米纹理装饰的亚毫米级柱晶格图案化的超疏水表面如何产生一种反直觉的弹跳机制：液滴在撞击时扩散，然后使表面呈扁平的煎饼形状而不会缩回。与传统的完全回弹相比，这允许接触时间减少四倍。我们表明，煎饼弹跳的结果从整流的毛细能量存储在穿透液体到向上运动足以解除下降。此外，横向液滴在表面上传播的时间尺度和垂直运动的时间尺度必须是可比的。特别是，通过设计具有锥形微/纳米纹理的表面，其表现为谐波弹簧，时间尺度变得与冲击速度无关，从而允许在宽范围的冲击速度上发生煎饼弹跳和快速液滴脱离。
2014-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
How Spontaneous Electrowetting and Surface Charge affect Drop Motion
Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Institute for Nano- and Microfluidics, TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学纳米与微流体研究所）；Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育与研究学院）；Indian Institute of Technology Delhi（德里印度理工学院）
研究通过低毛细数条件下滑动液滴发现，电荷分离导致自发电润湿和表面电荷效应，两者共同影响接触角，但最终在退行接触线处相互抵消，使接触角变化不显著。
2026-02-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-Assembled Fatty Acid Crystalline Coatings Display Non-Toxic Superhydrophobic Antimicrobial Properties
超疏水性是在许多植物和昆虫中发现的众所周知的润湿现象。它是通过表面化学性质和表面粗糙度的结合来实现的。受自然界的启发，许多合成超疏水表面已被开发用于各种应用。指定表面涂层是实现超疏水性的途径之一。然而，许多这些涂料，如氟基配方，可能会造成严重的健康和环境风险，限制了适用性。在此，我们提出了一个新的家庭的超疏水涂层组成的天然饱和脂肪酸，这不仅是我们日常饮食的一部分，但可以从可再生原料生产，提供一个安全和可持续的替代现有国家的最先进的。这些结晶涂层很容易通过单步沉积路线，热沉积或喷涂制造。脂肪酸自组装成高度分级的晶体结构，其显示出约165度的水接触角和低于6度的接触角滞后，而它们的性质和形态取决于所使用的特定脂肪酸以及沉积技术。此外，脂肪酸涂层表现出优异的热稳定性。重要的是，这些新的涂层家族显示出针对大肠杆菌和无害李斯特菌（分别用作相关的革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌模型）的优异的抗生物污染和抗微生物性质。我们相信，这些涂料在由于安全限制而禁止使用其他替代品的领域具有巨大的应用潜力，同时它们在其他无监管应用中的使用不受限制。
2022-08-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
The collapse transition on superhydrophobic surfaces
我们研究了超疏水表面上缓慢蒸发的微米级液滴的Cassie-Baxter和Wenzel态之间的转变。在二维情况下，分析结果表明，有两个崩溃机制。对于长柱，当液滴能够克服由疏水柱呈现的自由能势垒时，液滴塌陷。对于短柱，随着液滴失去体积，其曲率增加，允许其接触柱下方的表面。我们强调的重要性，接触线撤退的表面作为下降变得越来越小：这往往先发制人的崩溃。在准三维模拟中，我们发现了类似的行为，具有附加特征，即液滴可以从除了外围柱之外的所有柱上脱钉，使得其基部类似于倒置的碗。
2008-03-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Relaxation of a Moving Contact Line and Landau-Levich Effect
建立了运动接触线变形的动力学方程。它示出了一个前进的接触线松弛更快的平衡的情况下相比，而对于一个后退的接触线有一个相应的放缓。对于一个后退的接触线上的非均匀固体表面，它被发现，粗糙化的过渡发生正式对应的发病离开朗道-列维奇膜。
2000-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Water Droplet Bouncing on a non-Superhydrophobic Si Nanosprings
自清洁表面通常使用排斥水的超疏水涂层。在这里，我们报告了一个疏水硅纳米弹簧表面，有效地抑制润湿排斥水滴。研究了掠射角沉积法制备的硅纳米弹簧阵列的动态响应特性。垂直站立的纳米弹簧阵列约为250 nm高，间隔60 nm，这允许液滴在接触后几毫秒内反弹。令人惊讶的是，纳米结构的形态会影响冲击动力学。硅纳米弹簧的回弹时间和恢复恢复系数也高于垂直硅柱。有人提出，硅纳米弹簧的回复力可能是水滴反弹的原因，可以通过将液滴/纳米弹簧表面视为耦合弹簧系统来解释。这些纳米弹簧表面可以应用于自清洁窗户、防液体外墙、太阳能电池玻璃板和屋顶瓷砖的防腐蚀剂。
2020-05-19 cond-mat.soft physics.app-ph
Can one predict a drop contact angle?
由于疏水和亲水表面的多方面技术应用，润湿现象的研究引起了极大的兴趣。由Wenzel以及后来由Cassie和Baxter提出的描述水滴在粗糙固体上的行为的理论方法被广泛使用并改进以表征水滴的表观接触角。然而，这些模型中隐含的平衡假设意味着，由于通常发生在异质表面上的强可折叠性，它们并不总是预测实验接触角。因此，迫切需要一种接触角的预测方案，以通过接触角测量来测量表面，并设计具有所需性质的超疏水和疏油表面，接触角滞后。本文采用蒙特卡罗模拟和弦方法相结合的方法计算了液滴在柱撑表面上沉积的自由能分布。对于分析的表面，我们表明，只有一个最小的自由能对应于超疏水润湿状态，而湿状态可以呈现多个极小值。此外，当表面粗糙度降低时，在自由能分布中观察到的局部最小值的量增加。
2021-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective boundary conditions for dynamic contact angle hysteresis on chemically inhomogeneous surfaces
最近的实验（Guan等人，2016 a，b）显示了许多关于动态接触角滞后的有趣现象，但仍然缺乏完整的理论解释。在这项工作中，我们研究了时间平均的表观前进和后退接触角表面上的周期性化学图案。首先利用Onsager变分原理导出了均匀表面上表观动态接触角的Cox型边界条件。在此基础上，我们提出了二维化学非均匀表面上一些典型的移动接触线问题的简化模型。多尺度展开和平均技术来近似模型的渐近小的化学图案。得到了平均动态接触角的定量公式。它明确地给出了前进和后退接触角如何依赖于速度和基板的化学不均匀性。该公式是Cox型边界条件在非均匀表面上的粗粒度版本。数值模拟验证了分析结果。数值结果还表明，该公式很好地表征了实验中观察到的动态接触角滞后的复杂行为。
2021-05-18 cond-mat.soft math.CA physics.flu-dyn
Design of a robust superhydrophobic surface: thermodynamic and kinetic analysis
超疏水表面的设计是一个广泛研究的课题，但目前的研究仅限于高冲击速度下的应用（对于几个m/s量级的雨滴），对于涉及准静态液体传输的应用，鲁棒性的本质还有待分析。从热力学和力学的双重角度分析了稳健性对于准静态跌落冲击的重要意义，并在此基础上，提出了一种新的稳健性设计方法。对于Youngs接触角大于90°和正方形微柱几何形状的表面，我们表明，当中间润湿状态时，（下垂状态）阻碍转变为湿润状态（Wenzel态）。从力学的角度出发，我们利用现有的科学数据证明，具有任何拓扑结构的表面必须承受117 Pa的压力才能坚固。最后，确定了表面特性的允许值，这确保了热力学（下垂状态的形成）和力学（承受117 Pa）的鲁棒性。
2014-12-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Evaporative Deposition in Receding Drops
我们提出了一个框架，用于计算的表面密度分布的一个污点与后退的接触线下降沉积。与固定的液滴不同，后退的液滴将流体推向其内部，当其蒸发时，连续地在其基底上沉积质量，并且不产生通常的“咖啡环”。“对于蒸发速率恒定的薄圆形液滴，我们发现染色剂的表面密度为$η(r) \propto \left(\left(r/a_0\right)^{-1/2}-r/a_0\right)$，其中$r$是液滴中心的半径，$a_0$是初始外半径。在这些条件下，沉积的污渍具有山状形态。我们的框架可以很容易地扩展到调查新的染色形态留下的干燥滴。
2014-10-09 cond-mat.soft
Shape and motion of drops in the inertial regime
在本文中，我们报道了一个水银液滴的形状和运动的实验结果，该液滴放置在一个水平旋转的圆柱体中，转速范围为8-93 rpm，使得液滴的雷诺数为2500<Re<26000，其毛细管数为0.0002<Ca<0.0023。当接触角的变化在低速（Re<8150）下可以忽略时，液滴的速度远低于Ho预测的速度。[6]李小璐的故事通过用固体表面附近的边界层估算的耗散代替体耗散来修改Kim的关系，从而克服了观察到的这种差异。基于汞滴后侧的变化，存在三种不同的区域，其具有不同的旋转速度（i）椭圆或圆形区域（ii）拐角区域和（iii）尖点区域。椭圆到角的过渡发生在95 °的有限后退接触角处。发现发生转变的临界接触角（θc）与静态后退接触角（θs）的比率为0.657。de Gennes模型[4]通过用耗散代替楔形流扩展到高接触角，预测了与实验值非常一致的临界接触角比（θc/θs）。在较高Re下，将动态接触角随速度的变化与Cox-Voinov模型[3]进行了比较。该模型虽然近似地反映了数据变化的趋势，但与理论值相比，实验数据的拟合系数很高。
2011-05-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Molecular dynamics simulation study of a polymer droplet transport over an array of spherical nanoparticles
利用分子动力学模拟研究了部分润湿聚合物液滴在纳米结构界面上的动力学行为。我们认为珠弹簧模型表示的聚合物液体，部分润湿的粗糙表面组成的周期性阵列的球形颗粒。结果表明，在足够小的值的外力，液滴保持钉扎在颗粒的表面，而在阈值以上，其运动由交替周期的钉扎和相邻颗粒之间的快速位移。后一过程涉及由于接触线的附接和分离而引起的前进和后退接触角的大的周期性变化。最后，在增加外力时，液滴质心稳定地移位，但后退接触角的振荡幅度以及最大接触角滞后保持相对不受影响。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
How charges separate when surfaces are dewetted
本研究揭示了后退接触线处电荷分离的普适机制，指出其源于后退接触线对双电层内束缚表面电荷的去润湿作用，建立的解析模型与实验和模拟结果一致，为相关基础问题与应用提供理论支撑。
2023-05-03 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Roughening Transition in a Moving Contact Line
考虑到局部和流体动力学耗散机制，在无序衬底上的移动接触线的变形的动力学制定。结果表明，涂层过渡在接触线后退，在相对较高的速度，和缓慢移动的接触线的钉扎过渡，可以理解在一个统一的框架，粗糙化过渡的接触线。我们提出了一个相图的系统中，对应于涂层过渡和钉扎过渡的相边界满足在一个交界点，并建议，足够强的无序后退接触线将离开一个朗道-Levich膜后立即脱钉。这种效应可能与最近在铯衬底上的液氦接触线中的实验观察有关[C。古斯曼河Gombrowicz，V. Repain，和E. Rolley，Phys. Rev. Lett. { \bf 80}，2865（1998）]。
2002-04-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Small is beautiful, and dry
已经观察到成千上万的植物和动物物种具有超疏水表面，导致各种新的行为[1-5]。这些观察激发了创造人工超疏水表面的尝试，因为这种表面具有众多应用[6-13]。超疏水性是表面粗糙度的增强效应，并且基于基础物理学，存在将表面粗糙度和超疏水性相关联的已知关系。然而，虽然这些认识到粗糙度的水平，他们告诉我们很少的独立影响，其规模。因此，他们不能解释为什么天然存在的这种表面通常具有微米-亚微米尺寸。在这里，我们报告的发现一个新的关系，其物理基础和实验验证。结果表明，按比例缩小到微亚微米范围内的粗糙度是一种独特而优雅的策略，不仅实现超疏水性，而且还增加其对环境干扰的稳定性。这种新的关系考虑到以前被忽视的，但关键的事实，即积累的线能量所产生的众多的固体-水-空气的交叉点，可以分布在表观接触面积时，空气包被困在表面上的小尺度可以显着增加粗糙度尺度收缩。该术语实际上可以成为表面能的主要贡献者，因此对于实现超疏水性变得至关重要。这些发现指导了稳定的超级防水表面的制造。
2010-02-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Contact line depinning from sharp edges
为了寻找接触线从尖角处脱钉的数学判据，我们研究了钉扎在楔形体顶点上的半无限大平面液体层的平衡和稳定性。平衡与表观接触角$θ_0$的扇形体相容，该扇形体由楔的两个侧面的平衡接触角包围，因此如果$θ_0$在该扇形体内，则接触线可以保持固定。然而，这些解决方案的稳定性分析，研究利用变分结构的问题，通过转折点的参数，表明平衡变得不稳定，在临界脱钉前进$θ_0^a$和后退$θ_0^r$接触角，这被发现为亚临界鞍结分叉。因此，在间隔$θ_0^a < θ_0 <θ_0^a$内平衡是可能的（稳定的），但是如果接触线在平衡扇形内发生，则接触线从超过这些临界角的顶点处脱钉。
2019-07-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Gravitational effect on the advancing and receding angle of a 2D Cassie-Baxter droplet on a textured surface
前进角和后退角是经常测量的物理量，用于表征粗糙表面的润湿特性。在热力学上，前进角和后退角通常被解释为液滴在不失去其稳定性的情况下可以形成的最大和最小接触角。尽管对粗糙表面的润湿进行了深入的研究，但由于大多数研究都认为液滴小于毛细管长度，因此忽略了重力对这些角度的影响。然而，在这项研究中，通过结合理论和数值模拟，我们表明，小于毛细管长度的液滴的形状可以通过重力在前进和后退条件下进行大幅修改。首先，基于拉普拉斯压力方程，我们预测的形状的二维Cassie-Baxter液滴的纹理表面上的重力在每个钉扎点。然后，通过检查液体表面与相邻柱之间的干涉以及分析脱钉后的自由能变化来测试液滴的稳定性。有趣的是，事实证明，在前进和后退条件下的表观接触角不受重力的影响，而液滴的整体形状和钉扎点的位置受重力的影响。此外，还分析了液滴体积不断增大和减小时液滴的前进和后退过程，表明重力作用对液滴尖端的运动起着关键作用。最后，理论预测进行了验证，对线张力为基础的前跟踪建模，无缝地捕捉液体表面和固体基质之间的附着和分离。
2019-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Viscoelastic wetting transition: beyond lubrication theory
本文针对粘弹性液体推导了基于二阶流体模型的广义润滑理论，突破了传统润滑近似仅适用于小接触角的限制，并应用于浸涂几何构型中，揭示了法向应力对任意接触角下接触线运动的影响。
2024-11-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
