表面动态润湿性质与微结构的设计和应用

在不同表面能（可在基底上镀不同表面能的材料）、形状（条带凹槽状、柱状、半圆等）、分布（四方排列、六方排列、不同间距等）的微结构表面上系统地做一系列液滴运动过程的实验观测。以实验观测结果为基础，将液-气界面看作两端受到切线方向上表面张力作用、中间受到法向压力作用的可变形薄膜，建立力学模型，用精确描述力学模型的微分方程来建立描述动态润湿过程的理论体系。接下来考虑当微结构的细长比较大或者材料自身刚度较小的情况下，固液接触区域内的微结构会受到液-气界面负弹簧作用而发生变形，建立这种固体结构变形和液体运动相互耦合影响情况下的动态润湿行为模型。最后，用所建立的动态润湿理论来理解一些生物动态特性的机制，如水滴在荷叶表面上自由滚动、水黾腿划水过程等，理解这些生物特有微结构的在运动方面的优越性，从而指导我们设计、优化表面微结构，以得到具有更加优良动态润湿性质的人工表面。

固体表面润湿性质是固体表面重要特性之一，它不但与固体表面的物理化学组成相关而且还与表面的微结构紧密相关。设计表面微结构以调节表面润湿性质在众多领域中有着广泛的应用前景。本项目通过实验，理论分析和数值模拟相结合，重点研究了微结构上的动态润湿行为中的迟滞现象（前进角、后退角和滞后角）；液滴能否自动浸润孔洞行为；微结构表面与平面间液桥拉伸断裂行为，并以微结构特征尺寸、形状、分布等为参数建立了相关问题的定量的理论模型，以及动态润湿模型及理论在医疗检测设备和喷洒液体降尘这两个实际问题中的理论指导和重要应用。研究成果发表在力学、化学和物理学相关的重要杂志《Journal of Colloid and Interface Science》，《China Science（Physics, Mechanics & Astronomy）》，《Chinese Physics Letters》等上。三年间项目执行情况良好，较为圆满地完成计划中的研究内容。在该项目的支持下共发表论文6篇，其中SCI检索论文4篇，EI检索论文1篇，核心期刊1篇，另有1篇已被SCI刊源录用。共参加国际学术会议2次，国内学术会议4次，做会议报告4次。已培养硕士研究生3名，正指导硕士研究生3名。