超疏水表面润湿状态转变的动态特征及其控制机制的研究

超疏水表面上润湿状态转变的动态特征及控制机制是研究超疏水表面润湿机理、工程应用的核心问题。热力学分析方法不能揭示本质上由动力学控制下的润湿状态转变过程及其物理机制。因此本项目利用液滴撞击、蒸汽冷凝、可控静态水压法系统研究超疏水表面润湿状态转变的动态特征及控制机制：利用正(倒)置显微镜与高速摄像联合应用技术研究外场响应性超疏水表面在外场激励条件下的导向润湿状态转变的动态特征；探索液滴撞击过程出现的溅射、气液界面不稳定性影响下的润湿状态转变机制；理论研究微纳结构缝隙中流体惯性力、粘性力、毛细力共同作用下的超疏水表面上润湿状态转变的决定机制。本研究综合考查超疏水表面形态结构参数、固体表面性质、微结构缝隙中流体动力学联合作用下的润湿状态转变的动态特征及控制机制，研究结果不仅可以完善超疏水表面润湿性的基础理论，而且能够为稳定超疏水表面构筑提供理论依据。

本研究从超疏水表面润湿状态转变的动态特征及控制机制的研究目标入手，采用可视化实验、理论分析从不同方面揭示了超疏水润湿状态转变动力学过程受表面力、惯性力、粘性力的共同作用；其中粘性力作用不仅体现在与构成超疏水表面的微柱体表面上接触液体的粘性边界层内，而且粘性耗散同样存在于微柱体间的缝隙流动流体内，尤其是随着微柱体间距减小，微柱体间隙内流体的粘性耗散将成为影响润湿状态转变的主要因素；从能量守恒角度理论分析了液滴撞击动力学，得到了反应超疏水表面结构参数变化的最大铺展直径理论关系式；基于理论研究设计了适用于陶瓷/玻璃绝缘子表面坚固、耐候性强的超疏水涂层；同时正在推进以介孔二氧化硅纳米颗粒组装的超疏水表面并用于耐水压、强化滴状冷凝传热的相关研究。总之，本研究取得了一些有特色的创新性成果，其中两篇论文自2013年以来被他引累计10次