Oleoplaning droplets on lubricated surfaces

材料科学
作者
Dan Daniel,Jaakko V. I. Timonen,Ruoping Li,Seneca J. Velling,Joanna Aizenberg
出处
期刊:Nature Physics [Nature Portfolio]
卷期号:13 (10): 1020-1025 被引量:300
标识
DOI:10.1038/nphys4177
摘要

Recently, there has been much interest in using lubricated flat and nano-/micro-structured surfaces to achieve extreme liquid-repellency: any foreign droplet immiscible with the underlying lubricant layer was shown to slide off at a small tilt angle $<$ 5$^{\circ}$. This behavior was hypothesized to arise from a thin lubricant overlayer film sandwiched between the droplet and solid substrate, but this has not been observed experimentally. Here, using confocal optical interferometry, we are able to visualize the intercalated film under both static and dynamic conditions. We further demonstrate that the lubricant flow entrained by droplet motion can transform a partially dewetted film into a continuous layer, by generating a sufficient hydrodynamic force to lift the droplet over the solid substrate. The droplet is therefore oleoplaning, akin to tires hydroplaning on a wet road, with minimal dissipative force (down to 0.1 $\mu$N for 1 $\mu$l droplet when measured using a cantilever force sensor) and no contact line pinning. The techniques and insights presented in this study will inform future work on the fundamentals of wetting for lubricated surfaces and enable their rational design.
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