Substrate Curvature Gradient Drives Rapid Droplet Motion

曲率 材料科学 运动(物理) 基质(水族馆) 经典力学 物理 几何学 数学 海洋学 地质学
作者
Cunjing Lv,Chao Chen,You-Lin Chuang,Fan‐Gang Tseng,Yajun Yin,F. Grey,Quanshui Zheng
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:113 (2) 被引量:179
标识
DOI:10.1103/physrevlett.113.026101
摘要

Making small liquid droplets move spontaneously on solid surfaces is a key challenge in lab-on-chip and heat exchanger technologies. Here, we report that a substrate curvature gradient can accelerate micro- and nanodroplets to high speeds on both hydrophilic and hydrophobic substrates. Experiments for microscale water droplets on tapered surfaces show a maximum speed of 0.42 m/s, 2 orders of magnitude higher than with a wettability gradient. We show that the total free energy and driving force exerted on a droplet are determined by the substrate curvature and substrate curvature gradient, respectively. Using molecular dynamics simulations, we predict nanoscale droplets moving spontaneously at over 100 m/s on tapered surfaces.
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