在中国科学院和国家自然科学基金委有关项目的大力支持下, 中国科学院力学研究所 “纳微系统力学与物理力学课题组” 在固-液界面动力学方向取得新进展, 研究成果作为封面论文发表在《软物质 (Soft Matter)》上 (Chen E H, Yuan Q Z, Zhao Y P*. Topography-induced symmetry transition of droplets on quasi-periodically patterned surfaces. Soft Matter, 2018, 14: 6198-6205) (图 1).

  微结构表面可以改变液体的输运方向, 提高输运速率, 近年来由于其前沿学术研究意义以及在能源、环境、健康等领域的巨大应用潜力, 受到了科学界和工业界的广泛关注. 微结构表面上的润湿动力学是一个典型的多界面、多尺度的流-固耦合问题, 其基本难题是由于微结构和移动接触线相互作用引入了新的时空尺度和更为复杂的竞争机制, 这导致学术界对移动接触线的对称性控制机理及其动力学规律的认识仍然十分匮乏.

  近期, 力学所非线性力学国家重点实验室 (LNM) 赵亚溥团队通过跨尺度润湿实验和理论相结合的方法, 利用二维准晶微结构表面研究了移动接触线的对称性控制机理和动力学规律, 在如下方面取得突破:

1.   首次发现了液滴在二维准晶微结构表面上铺展过程中出现可重复的五重对称移动接触线, 且接触线对称性可自发降低与增加 (图 2a). 通过系统的润湿实验分析了微结构拓扑性质、液滴性质等参数的影响, 阐明了二维准晶微结构的特征尺度和自相似性调控移动接触线对称性的机制.

2.   通过标度分析, 得到了移动接触线新的铺展标度律, 与大量实验结果相符, 厘清了准晶微结构表面上液滴的黏性耗散规律 (图 2b), 进而揭示了准晶微结构表面的润湿动力学机理.

  以上研究成果大大提高了对移动接触线的定向调控能力, 为基于液滴应用的微结构设计提供了新原则和新思路, 对微流控、生物芯片等的发展和应用具有重要的指导意义.

  文章链接: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/sm/c8sm00591e#!divAbstract

图 1. 论文被选为《软物质》2018 年第 14 期的封面. 该图说明了准晶微结构表面与移动接触线的相互作用.