액체가 고체 표면에 부딪치는 것은 자연과 공업 장면에 보편적으로 존재하는 현상이다.그리고 그 중 충돌 과정 중의 고/액 접촉 시간은 고액 양상 사이의 질량, 동량과 에너지 전달 효율을 결정하는 관건적인 요소 중의 하나이다.고/액 접촉 시간을 줄이고 액체를 고체 표면에서 빠르게 벗어나게 하는 것은 에너지 수집, 열 관리, 복빙 방지 등 응용 장면에서 줄곧 난제였다.연구자들은 각종 경도 표면을 설계하여 접촉 시간을 더욱 줄인다. 이러한 전략은 종종 액적의 충돌 지점을 정확하게 조절하거나 비교적 좁은 액적 충돌 속도 구간에 국한된다.

이상의 문제에 대하여 가까운 시일 내에홍콩이공대학 왕시추 교수팀이 표면에 부딪힌 액체가 서로 다른 충돌 속도에서 자동으로 상응하는 액체 방울 점프 모드로 전환되도록 이중 그라데이션 표면을 설계했다.이러한 자동 적응 전환의 액체 방울 점프는 액체 방울 충돌 지점에 대한 조작 수요를 피할 수 있으며, 더 큰 액체 방울 충돌 속도 범위 내에서 액체 방울의 빠른 이탈을 실현했다.관련 연구 내용은 "자기 적응 방울 이중 gradient 표면에 반사'라는 제목으로'스몰'(Small) 저널에 발표됐으며 홍콩도시대학은 박사과정 학생인 오진양을 제1저자로 두고 있다.

이 연구는 그림 1과 같이 이중 그라데이션 구조를 가진 표면을 설계했습니다.팀 멤버 사용모방정밀회사의 nanoArch® S140 마이크로 나노 3D 프린터로 마이크로미터급 마이크로핀 어레이 제조, 마이크로핀 받침대 300 μm, 길이 800 μm, 마이크로핀 간격 300 μm는 SEM 이미지에서 좋은 형태와 패턴 분포를 보여줍니다.

이 이중 그라데이션 표면의 첫 번째 그라데이션 구조는 연속적으로 돌출된 섬으로 구성되어 있으며, 비대칭적인 액체 방울의 전개를 촉진하고 액체 방울의 리턴을 가속화할 수 있는 측면 비대칭의 굴곡을 가지고 있다.두 번째 사다리는 미시원추형 마이크로핀 배열로 구성되어 있으며, 원추 간격은 수직 방향에서 점차 좁아져 액체 방울이 떨어지는 과정에서 충분한 모세 에너지를 저장하고 빠른 운동에너지-모세 에너지 전환을 완료할 수 있도록 한다.

실험을 통해 이 표면에 부딪힌 액체 방울은 낮은 충돌 속도(웨버 수 9.7 미만)에서 비대칭 점프 모드를 보였고, 고액 접촉 시간은 13.2ms로 감소했으며, 높은 충돌 속도(웨버 수 9.7 이상)에서 떡 모양 점프 모드로 전환되었고, 고액 접촉 시간은 4.5ms로 더 줄어들었다. 실험과 이론 분석에 따르면 이 점프 모드의 적응성은 모세 압력과 동태 전개 과정의 압력 분포 및 수평 분포로 인한 것이다.

이전에 보도된 기타 책략에 비해 이 작업설계의 이중사다리표면은 비대칭점프와 떡모양점프의 우세를 결합하여 액적충돌점에 대해 정확한 통제를 진행할 필요가 없이 비교적 큰 베버수구간에서 효과적인 액적쾌속리탈을 실현할수 있어 액적의 쾌속리탈에 새로운 사고방식을 제공해주었다.

원본 링크:

https://doi.org/10.1002/smll.202304635

참고: 덤프 저작권 획득