空气润滑对快速跌落弹跳的影响

除表面粗糙度外，保持稳定且坚固的空气层可以屏蔽液体与固体基质的接触，这对于液滴的完全弹跳是必不可少的。图149.3展示了在不同亲水性的表面上观察到的液滴弹跳。

我们考虑水滴对具有可调厚度和黏度的液膜的影响情况。这种情况与许多实际应用有关，特别是那些由于最近开发的光滑液体注入多孔表面而引起的新兴应用。由于薄液膜上有空气层，所以可以将薄液膜视为复合界面。这种界面与超疏水固体表面形成鲜明对比。首先，液体界面是光滑的，而超疏水固体表面是粗糙的，具有更充足的空气滞留区域；其次，不同于刚性的固体表面在垂直于基板的方向上抑制大的液滴变形，液体界面是柔软且可移动的。因此，液滴对液体界面的冲击动力学将与SHS上的冲击动力学完全不同。

图149.3　由气垫介导的跌落弹跳(www.xing528.com)

（a）在亲水表面上观察到的液滴弹跳，在We≈O.7（上排）处有薄气垫夹层，同步的RICM干涉信号清楚地显示在整个下落冲击过程中存在气垫（底行）；（b）We=10时液体薄膜上的超疏水性弹跳现象；（c）液体厚度范围从0到无穷大的不同表面上的液滴冲击和液滴弹跳动力学示意图

液滴的定向运动在各种水和热管理技术中具有重要意义。虽然已经开发了在低温下产生这种运动的各种方法，但是它们在高温下变得无效，其中液滴会转变为莱顿弗罗斯特状态。在这种状态下，控制和引导高度可移动的液滴朝表面上特定位置的运动变得具有挑战性，而不会损害有效的热传递。这里，我们提出通过在图案化表面上产生两个并发的热状态（莱顿弗罗斯特状态和接触沸腾状态），可以在高温下破坏液滴的浸润对称性，从而产生液滴朝向具有更高热量区域的优先运动，如图149.4所示。在高温下控制液滴动力学有希望应用于需要高热效率、操作安全性和高保真度的各种系统中。