Biomimetic Random Arrays of Nanopillars and Nanocones with Robust Antiwetting Characteristics

纳米柱 材料科学 去湿 纳米技术 纳米结构 毛细管作用 润湿 复合材料
作者
Yupeng Li,Xiaoyu Li,Xia Liu,Bao Zhu,Muzammil Iqbal,M.K. Lei,Akhlesh Lakhtakia
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:124 (31): 17095-17102 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.0c04804
摘要

The presence of random arrays of elongated nanostructures with dimensional nonuniformity on the cuticular surfaces of insects endows them with antiwetting characteristics, as exemplified by nanopillar arrays on dragonfly wings and nanocone arrays on cicada wings. But the roles of the nanostructure shape and dimensional nonuniformity, as well as of the randomness of placement, on antiwetting characteristics are difficult to delineate because of the different chemical compositions of the surfaces of dragonfly and cicada wings. Therefore, biomimetic random arrays of nanopillars and nanocones with a similar tip diameter, placement irregularity, and chemical composition were fabricated on polypropylene substrates by plasma etching and polymerization. Gaussian nonuniformity of the nanopillar/nanocone dimensions as well as the irregularity of their placement were considered in determining the antiwetting capillary pressure and the adhesion energy. The gradient of the antiwetting capillary pressure normal to the substrate plane is the reason for nanocone arrays to resist wetting by water droplets impacting at high speeds much better than nanopillar arrays. The tapered shape of nanocones also promotes the dewetting transition of droplets from the sticky Wenzel state to the slippery Cassie state.

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