Single Condensation Droplet Self-Ejection from Divergent Structures with Uniform Wettability

润湿 聚结(物理) 冷凝 材料科学 化学物理 拉普拉斯压力 表面能 纳米技术 机械 表面张力 化学工程 复合材料 化学 热力学 物理 工程类 天体生物学
作者
Nicolò G. Di Novo,Alvise Bagolini,Nicola M. Pugno
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (12): 8626-8640 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c05981
摘要

Coalescence-induced condensation droplet jumping has been extensively studied for anti-icing, condensation heat transfer, water harvesting, and self-cleaning. Another phenomenon that is gaining attention for potential enhancements is the self-ejection of individual droplets. However, the mechanism underlying this process remains elusive due to cases in which the abrupt detachment of an interface establishes an initial Laplace pressure difference. In this study, we investigate the self-ejection of individual droplets from uniformly hydrophobic microstructures with divergent geometries. We design, fabricate, and test arrays of truncated, nanostructured, and hydrophobic microcones arranged in a square pattern. High-speed microscopy reveals the dynamics of a single condensation droplet between four cones: after cycles of growth and stopped self-propulsion, the suspended droplet self-ejects without abrupt detachments. Through analytical modeling of the droplet in a conical pore as an approximation, we describe the slow isopressure growth phases and the rapid transients driven by surface energy release once a dynamic configuration is reached. Microcones with uniform wettability, in addition to being easier to fabricate, have the potential to enable the self-ejection of all nucleated droplets with a designed size, promising significant improvements in the aforementioned applications and others.
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