超疏水条纹上的接触角滞后

我们通过实验研究并定量讨论了条纹状超疏水表面上的接触角滞后与固体分数 $\phi_S$ 的函数关系。研究表明，后退状态由变形接触线的纵向滑动运动决定。尽管纹理具有各向异性，后退接触角仍保持各向同性，即在纵向和横向上几乎相同。后退角的余弦值随 $\phi_S$ 非线性增长，这与 Cassie 方程的预测相反。为解释这一现象，我们建立了一个简单的理论模型，该模型表明后退角的值既取决于光滑固体区域上的弱缺陷，也取决于条纹边界处强缺陷的弹性能，后者按 $\phi_S^2 \ln \phi_S$ 标度。前进接触角被发现是各向异性的，仅在稀薄状态下例外，其值由液滴的滚动运动决定。纵向前进角的余弦值线性依赖于 $\phi_S$，但只有当我们推广 Cassie 方程以考虑弱缺陷时，才能与数据满意拟合。横向前进角的余弦值要小得多，并在 $\phi_S\simeq 0.5$ 时达到最大。若引入此方向上与强缺陷相关的额外能量，则可对其值作出解释，该能量被证明正比于 $\phi_S^2$。最后，接触角滞后被发现相当大且通常各向异性，但当 $\phi_S\leq 0.2$ 时变为各向同性。