由超冷微纳米纹理表面上滴落冲击引起的 Cassie-Wenzel 相变
流体动力学
2026-05-11 v1
摘要
微纳米纹理表面因其潜在的增强疏水性和防冰性能而引起广泛关注。通过调节滴液扩散动力学、界面热传递与固化动力学之间的耦合作用，在滴液与表面接触区域实现快速局部冻结，可实现滴液冲击后在微纹理表面上的 Cassie 状态湿润。本研究采用同步的高速成像和红外热成像技术，探讨滴液冲击与冻结动力学，特别关注湿润状态的转变及其对结果冻结形貌的影响。实验结果表明，冲击速度和壁温的变化导致滴液最终冻结湿润状态从 Wenzel 相变至 Cassie 相，伴随冻结时间、最终展开直径和冻结高度的显著变化。湿润状态的转变归因于滴液底部的快速局部冻结抑制了液体向微纹理中的渗透。在冲击速度较低且表面温度较低时，滴液倾向于维持 Cassie 状态并持续冻结；而在冲击速度较高或表面温度较高时，促进快速渗透和加速冻结。该研究阐明了由微纹理设计决定的渗透-冻结耦合机制，为优化防冰和抗冰表面的理性设计提供了基本认识。
引用
@article{arxiv.2605.07688,
title = {Cassie-Wenzel transition induced by localized freezing after droplet impact on supercooled micro-patterned surfaces},
author = {Jun Fang and Mengqi Ye and Huafeng Liu and Yupeng Jiang and Tianyou Wang and Zhizhao Che},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.07688},
year = {2026}
}