图案化浸润性表面实现对Leidenfrost液滴复杂行为的精确控制

Leidenfrost效应是流体研究领域的经典物理现象，即液滴在高温表面会呈现悬浮态。控制Leidenfrost液滴在冷却降温、摩擦减阻、微流控和功能材料图案化等方面具有重要意义。当前研究集中于通过固体表面构筑物理拓扑结构调控液滴，其调控程度有限，实现的液滴动态行为简单。

中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组近年来围绕图案化浸润性控制液滴行为方面开展了系统研究，实现了液体复杂行为的操纵和精确图案化。

近日，宋延林团队发现，制备图案化的浸润性表面能够实现“切割Leidenfrost效应”，从而精确控制高温液滴的多种复杂行为（图1）。研究表明，改变表面浸润性可以在相同温度的基底上同时实现接触沸腾和Leidenfrost沸腾。合理设计图案，便可对Leidenfrost气膜进行任意切割，进而有效控制液滴蒸汽动力学，实现高温液滴复杂行为的精确控制。

图1 高温图案化浸润性表面的液滴旋转行为  

如图2所示，超疏水表面的“Z”形超亲水图案能够将Leidenfrost气膜分割为旋转对称的两部分，从而产生不平衡的蒸汽流动，驱使液滴高速旋转。进一步，该研究揭示了浸润性图案设计与液滴行为控制之间的基本规律，并展示了其在微机械驱动、液滴定向输运和“液滴蒸汽机”等方面的潜在应用。

图2 浸润性图案切割Leidenfrost气膜  

综上所述，该工作首次提出了“切割Leidenfrost效应”的概念，实现了对Leidenfrost液滴复杂动态行为的精准控制，在液滴控制、多相流和相变传热等领域具有启示意义。

审核编辑：刘清