Effective slip and friction reduction in nanograted superhydrophobic microchannels

打滑(空气动力学) 压力降 机械 液体流动 微流控 物理 下降(电信) 滑移率 横截面 纳米技术 复合材料 材料科学 剪应力 机械工程 热力学 工程类 结构工程
作者
Chang‐Hwan Choi,Umberto Ulmanella,Joonwon Kim,Chih‐Ming Ho,Chang‐Jin Kim
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:18 (8) 被引量:441
标识
DOI:10.1063/1.2337669
摘要

Enabled by a technology to fabricate well-defined nanogrates over a large area (2×2cm2), we report the effect of such a surface, in both hydrophilic and hydrophobic conditions, on liquid slip and the corresponding friction reduction in microchannels. The grates are designed to be dense (∼230nm pitch) but deep (∼500nm) in order to sustain a large amount of air in the troughs when the grates are hydrophobic, even under pressurized liquid flow conditions (e.g., more than 1bar). A noticeable slip (i.e., slip length of 100–200nm, corresponding to 20%–30% reduction of pressure drop in a ∼3μm high channel) is observed for water flowing parallel over the hydrophobic nanogrates; this is believed to be an “effective” slip generated by the nanostrips of air in the grate troughs under the liquid. The effective slip is clearer and larger in flows parallel to the nanograting patterns than in transverse, suggesting that the nanograted superhydrophobic surfaces would not only reduce friction in liquid flows under pressure but also enable directional control of the slip. This paper is the first to use nanoscale grating patterns and to measure their effect on liquid flows in microchannels.
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