稳健超疏水表面的设计：热力学与动力学分析

设计稳健的超疏水表面是一个广泛追求的主题。虽然许多研究局限于高冲击速度的应用（对于雨滴，数量级为几米/秒），但稳健性的本质尚未针对涉及准静态液体转移的应用进行分析。为了实现高冲击速度下的稳健性，表面参数（几何细节、化学性质）必须从狭窄的允许值范围内选择，这通常会导致额外的制造成本。从热力学和力学的双重角度，我们分析了准静态液滴冲击下稳健性的重要性，并给出了允许的表面特性范围。对于杨氏接触角大于90°且具有方形微柱几何形状的表面，我们证明当中间润湿状态（下垂状态）阻止向润湿状态（Wenzel状态）转变时，可以强制实现稳健性。从力学的角度来看，我们利用现有的科学数据证明，任何拓扑结构的表面都必须承受117 Pa的压力才能具有稳健性。最后，确定了确保热力学（形成下垂状态）和力学（承受117 Pa）稳健性的表面特性允许值。