Low-temperature Leidenfrost-like jumping of sessile droplets on microstructured surfaces

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作者
Wenge Huang,Lei Zhao,Xukun He,Li Yang,C. Patrick Collier,Zheng Zheng,Jiansheng Liu,Dayrl P. Briggs,Jiangtao Cheng
出处
期刊:Nature Physics [Springer Nature]
卷期号:20 (8): 1274-1281 被引量:29
标识
DOI:10.1038/s41567-024-02522-z
摘要

The Leidenfrost effect—the levitation and hovering of liquid droplets on hot solid surfaces—generally requires a sufficiently high substrate temperature to activate liquid vaporization. Here we report the modulation of Leidenfrost-like jumping of sessile water microdroplets on micropillared surfaces at a relatively low temperature. Compared to traditional Leidenfrost effect occurring above 230 °C, the fin-array-like micropillars enable water microdroplets to levitate and jump off the surface within milliseconds at a temperature of 130 °C by triggering the inertia-controlled growth of individual vapour bubbles at the droplet base. We demonstrate that droplet jumping, resulting from momentum interactions between the expanding vapour bubble and the droplet, can be modulated by tailoring of the thermal boundary layer thickness through pillar height. This enables regulation of the bubble expansion between the inertia-controlled mode and the heat-transfer-limited mode. The two bubble-growth modes give rise to distinct droplet jumping behaviours characterized by constant velocity and constant energy regimes, respectively. This heating strategy allows the straightforward purging of wetting liquid droplets on rough or structured surfaces in a controlled manner, with potential applications including the rapid removal of fouling media, even when located in surface cavities. The Leidenfrost effect—a droplet hovering on a hot surface due to vapour in between—requires a surface temperature of about 230 °C. Now a tailored microstructured surface is shown to enable quick hovering of water droplets at 130 °C.
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