Droplet impact behavior on heated micro-patterned surfaces
Droplet impact behavior on heated micro-patterned surfaces
复制标题
加热微图案表面上的液滴冲击行为
DOI：
10.1063/1.4943938
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发表时间：
2016-03
影响因子：
3.2
通讯作者：
Zexian Cao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zexian Cao
液滴在表面上的冲击行为是一个有趣的研究课题，其控制在各种工业应用中应该非常有用。我们研究了水滴在经过纹理和化学处理的硅表面上的冲击行为，并获得了韦伯数（高达 85）和温度（高达 320°C）所包围的参数平面上的冲击模式图。该图案由晶格常数为10和20μm的方晶格中的微柱（高14μm）组成，并且通过涂覆石墨烯纳米片进一步使表面具有超疏水性。确定了六种不同的影响模式。研究发现，通过改变表面的纹理和化学成分可以显着改变撞击模式图，并且关于传热、蒸汽/气泡生成和液滴下方的蒸汽流的观察结果得到了很好的解释。由于蒸汽生成速率和排气条件之间的不匹配而引起的液滴的不稳定性是确定冲击模式的主要因素。我们的结果揭示了液滴撞击现象的更多事实和特征，对于目标导向的表面设计非常有用，以精确控制液滴在加热基底上的撞击行为。
Impact behavior of droplets on a surface is an intriguing research topic, and its control should be very useful in diverse industrial applications. We investigated the impact behavior of water droplets on the textured and chemically treated surface of silicon and obtained the impact mode map on the parameter plane subtended by the Weber number (up to 85) and temperature (up to 320 °C). The patterns comprise of micropillars (14 μm in height) in square lattice with a lattice constant of 10 and 20 μm, and the surface was further made superhydrophobic by coating with graphene nanosheets. Six distinct impact modes are identified. It was found that the impact mode map can be dramatically altered by modifying the texture and chemistry of the surface, and the observations are well explained with regard to heat transfer, vapor/bubble generation and vapor flow beneath the droplet. Instability in the droplet arising from the mismatch between vapor generation rate and exhaust conditions is the dominant factor in determining the impact mode. Our results revealed more facts and features of the droplet impact phenomenon and can be very useful for target-oriented surface design towards precise control of droplet impact behavior on heated substrates.
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