20220705-清华大学吕存景-超越自然的极端疏水

超越自然的极端疏水

泡利→God made solids,but surfaces were the work of the devil.上帝创造了固体，魔鬼创造了界面

界面是流动，涨落，扩散和无序的集合

需求领域:高效冷凝和散热；淡水资源缺乏；防霜，防冻雨；摩擦耗能，高楼清洁，光伏面板清洁，5G基站清洁，轮船减阻，防生物腐蚀；药物缓释控制；

超疏水:接触角＞150°，滚动角＜10°

Wenzel状态:cosθw=Rcosθ

Cassie-Baxter状态:cosθCB=-1+（1+cosθ）f

挑战→稳定性

1.化学稳定性（酸，碱，温度，紫外线）

2.结构稳定性（刮擦）

3.润湿状态稳定性（水滴撞击，水滴扰动）

荷叶→纳米级纳管→不断分泌蜡质→自修复

从2004年起，人们通常认为Wenzel到Cassie状态之间有能垒，自发的从Wenzel到Cassie状态的润湿状态转换不会发生。

如何实现从Wenzel到Cassie润湿状态转换?

通过设计面积分数f和后退角（Receding angle)来实现。

→深度自清洁（可以清洁结构内部脏物质）

→超级稳定的疏水多边形液膜

多边形的形成由固-液-气三相接触线向不同方向的能垒控制；

多边形的形状与微结构的排列方式直接相关，而微结构横截面的形状起次要作用；

多边形液膜角点的锐利程度由液膜厚度决定；

对水滴，金属液滴等都适用

→如何提高材料耐磨能力，同时保持超疏水性

材料制备（硬质金属骨架+超疏水介质）

→减小固-液界面接触时间将极大有利于防腐除冰

接触时间与液滴质量，呈球形时的半径有关系，与液滴撞击速度无关

液滴与水平运动物体相撞，接触时间也会减少（几米每秒的基底运动速度可以使固-液接触时间降低40%）