黏弹性液滴撞击超疏水表面的反弹行为研究

水滴撞击超疏水表面后通常会发生完全反弹. 大量研究表明, 通过在液滴中添加少量聚合物可有效抑制水滴的撞击反弹行为. 尽管该方法已被广泛应用于工农业生产中, 但对黏弹性液滴撞击反弹行为的抑制机理认识仍不够全面. 采用高速摄影技术, 开展了聚氧化乙烯(PEO)水溶液液滴撞击不同微纳复合结构超疏水表面的实验研究.
研究结果表明: 添加高分子可增强流体的黏弹性及其与表面的黏附作用, 因而完全反弹行为仅发生在低PEO浓度液滴的撞击实验中, 且随着超疏水表面微结构间距的增大, 发生完全反弹的上限和下限韦伯数阈值均减小. 在低韦伯数反弹区域, 撞击液滴始终处在微结构顶部, 因而接触时间随韦伯数的增加而减小, 这与平整超疏水表面上的现象相似; 在高韦伯数反弹区域, 液体会部分浸润微结构表面, 因而接触时间将随韦伯数的增加而增加. 此外, 所有反弹液滴的恢复系数随韦伯数的增加呈线性下降趋势, 且下降速率随微结构间距的增大而减缓. 基于界面力学和能量转换分析, 对实验中观测到的黏弹性液滴撞击反弹动力学行为给予了定性解释.