Langmuir：水滴對電紡超疏水圓柱形玻璃的撞擊實驗研究：接觸時間、最大鋪展因子和飛濺

DOI:10.1021/acs.langmuir.0c02228

利用高速攝影機對水滴撞擊超疏水圓柱形玻璃進行了實驗研究。通過靜電紡絲技術結合硅烷處理制備了超疏水圓柱表面。分別在3.5-16和27-161范圍內研究了圓柱形玻璃直徑比和韋伯數對撞擊后狀態、接觸時間、最大鋪展因子和飛濺閾值的影響。將實驗結果與超疏水平板玻璃和無覆蓋物的親水性圓柱形玻璃上的撞擊液滴進行了比較。在親水性和超疏水性圓柱形玻璃上觀察到三種狀態，包括涂覆、飛濺和飛濺回彈。結果表明，在圓柱表面上的接觸時間比在平板表面上縮短了50％。此外，在高直徑比的超疏水圓柱形和平坦表面上，飛濺態始于臨界韋伯數=134時，而當直徑比低于D*<4時，該狀態則發生得較早。

圖1.樣品表面形態：（a）熱處理前，樣品上的PVAc-TiO2納米纖維；（b）熱處理后，硅烷化后超疏水（158°CA）樣品上的TiO2納米顆粒。

圖2.液滴裝置的示意圖。

圖3.We-D*的示意圖，水滴在超疏水圓柱表面上的撞擊方式。

圖4.回彈后超疏水圓柱表面上的液滴變形：（a）D*=3.5，We=54，回彈后有兩個次級液滴；（b）D*=5.5，We=107，回彈后有兩個次級液滴；（c）D*=3.5，We=81，回彈后有四個次級液滴。

圖5.液滴撞擊圓柱形玻璃的結果（D*=3.5）。（a）涂覆：親水性圓柱形樣品，We=27。（b）回彈：超疏水圓柱形樣品，We=27。（c）涂覆：親水性樣品，We=161。（d）飛濺回彈：超疏水圓柱形樣品，We=161。

圖6.回彈后的液滴形狀。（a）超疏水平坦表面，We=54，沃辛頓噴射。（b）超疏水圓柱表面，D*=11，We=54，類似于平坦表面。

圖7.在不同的韋伯數下，直徑比對歸一化接觸時間的影響。

圖8.在不同的We下，沿方位角方向的鋪展時間（t1）和回縮時間（t2）隨直徑比變化。

圖9.在We=27時，液滴在親水和超疏水圓柱（D*=3.5）表面以及親水和超疏水平坦表面上散布的時間演變。

圖10.在不同的直徑比下，在平坦和圓柱表面上，方位角方向上的最大鋪展直徑因子與We值的關系：（a）親水性樣品，（b）超疏水性樣品。a中的虛線是Clanet等人提出的模型；b中的虛線是在飛濺回彈閾值之后的最大鋪展直徑因子。

圖11.We=134，D*=3.5、5.5、8和11時超疏水圓柱表面上的飛濺閾值。