Directional Transportation of Impacting Droplets on Wettability-Controlled Surfaces

无量纲量 润湿 粘附 半径 机械 接触角 材料科学 边界(拓扑) 纳米技术 复合材料 物理 数学 计算机科学 数学分析 计算机安全
作者
Fuqiang Chu,Jia Luo,Chonglei Hao,Jun Zhang,Xiaomin Wu,Dongsheng Wen
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:36 (21): 5855-5862 被引量:54
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.0c00601
摘要

Although a superhydrophobic surface could realize rapid rebounding (i.e., short contact time) of an orthogonal impacting droplet, the rebounding along the original impacting route may limit its engineering application; in contrast, the directional transportation seems to be more promising. Here, we achieve directional transportation of a droplet impacting a wettability-controlled surface. When the droplet eccentrically impacts on the boundary between the superhydrophobic part and the hydrophilic part, it undergoes spreading, retracting, departure, throwing, and breaking up stages, and finally bounces off directionally. The directional transportation distance could even reach more than ten times the droplet size, considered the adhesion length (i.e., covering length on the hydrophilic part by the droplet at the maximum spreading) is optimized. However, there is a critical adhesion length, above which the directional transportation does not occur. To be more generalized, the adhesion length is de-dimensionalized by the maximum spreading radius, and the results show that as the dimensionless adhesion length increases, the transportation distance first increases and then decreases to zero. Under the present impacting conditions, the optimal dimensionless adhesion length corresponding to the maximum transportation distance is near 0.4, and the critical dimensionless adhesion length is about 0.7. These results provide a fundamental understanding of droplet directional transportation and could be useful for related engineering applications.

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