Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Giọt nước tự prop trên bề mặt nóng với cấu trúc vi/nano tự lắp ráp có góc
Tóm tắt
Bề mặt có tính năng định hướng và giống như bánh răng có thể gây ra vận chuyển chất lỏng mà không cần sử dụng lực bên ngoài. Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu chuyển động của các giọt chất lỏng gần nhiệt độ Leidenfrost trên bề mặt cấu trúc vi tự lắp ráp bất đối xứng đã được chức năng hóa. Các bề mặt này có cấu trúc vi trên các góc nhất định và thể hiện các thuộc tính đơn hướng. Bề mặt được chế tạo trên thép không gỉ thông qua quy trình hỗ trợ bằng laser femtosecond. Thông qua quy trình này, các cấu trúc vi hình dạng đống được hình thành từ sự kết hợp của sự phóng đại vật liệu, dòng chất lỏng và tái lắng đọng vật liệu. Để đạt được tính bất đối xứng của các cấu trúc vi, laser femtosecond được định hướng theo một góc so với bề mặt mẫu. Hai bề mặt với cấu trúc vi có góc 45° và 10° so với pháp tuyến của bề mặt đã được chế tạo. Các thí nghiệm về giọt đã được tiến hành với nước tinh khiết và một tấm nóng cân bằng để xác định các tính chất định hướng và tự prop của các bề mặt. Kết quả cho thấy hướng chuyển động của giọt ngược lại với bề mặt có cấu trúc vi bánh răng thông thường được báo cáo trong tài liệu. Phát hiện mới này không thể được giải thích bởi cơ chế lưu lượng hơi bất đối xứng đã được chấp nhận rộng rãi. Một cơ chế mới cho giọt tự prop trên các bề mặt cấu trúc vi tự lắp ráp ba chiều bất đối xứng được đề xuất.
Từ khóa
#định hướng #bề mặt #giọt nước #cấu trúc vi #chế tạo #nitrat #nhiệt độ Leidenfrost #tự propTài liệu tham khảo
Agapov RL, Boreyko JB, Briggs DP et al (2014) Length scale of Leidenfrost ratchet switches droplet directionality. Nanoscale. doi:10.1039/c4nr02362e
Bradfield W (1966) Liquid–solid contact in stable film boiling. Ind Eng Chem Fundam 5:200–204
Brochard F (1989) Motions of droplets on solid surfaces induced by chemical or thermal gradients. Langmuir 5:432–438
Brzoska J, Brochard-Wyart F, Rondelez F (1993) Motions of droplets on hydrophobic model surfaces induced by thermal gradients. Langmuir 9:2220–2224
Chaudhury M, Whitesides G (1992) How to make water run uphill. Science 256:1539–1541
Darhuber AA, Valentino JP, Davis JM et al (2003) Microfluidic actuation by modulation of surface stresses. Appl Phys Lett 82:657. doi:10.1063/1.1537512
Dos Santos F, Ondarcuhu T (1995) Free-running droplets. Phys Rev Lett 75:2972
Dupeux G, Le Merrer M, Lagubeau G et al (2011) Viscous mechanism for Leidenfrost propulsion on a ratchet. EPL Europhys Lett 96:58001. doi:10.1209/0295-5075/96/58001
Grounds A, Still R, Takashina K (2012) Enhanced droplet control by transition boiling. Sci Rep 2:720. doi:10.1038/srep00720
Hashmi A, Xu Y, Coder B et al (2012) Leidenfrost levitation: beyond droplets. Sci Rep 2:797. doi:10.1038/srep00797
Hwang TY, Guo C (2011) Polarization and angular effects of femtosecond laser-induced nanostructure-covered large scale waves on metals. J Appl Phys. doi:10.1063/1.3646330
John K, Bär M, Thiele U (2005) Self-propelled running droplets on solid substrates driven by chemical reactions. Eur Phys J E Soft Matter Biol Phys 18:183–199. doi:10.1140/epje/i2005-10039-1
Kim H, Truong B, Buongiorno J, Hu L-W (2011) On the effect of surface roughness height, wettability, and nanoporosity on Leidenfrost phenomena. Appl Phys Lett 98:083121. doi:10.1063/1.3560060
Kruse C, Anderson T, Wilson C et al (2013) Extraordinary shifts of the Leidenfrost temperature from multiscale micro/nanostructured surfaces. Langmuir 29:9798–9806. doi:10.1021/la401936w
Lagubeau G, Le Merrer M, Clanet C, Quéré D (2011) Leidenfrost on a ratchet. Nat Phys 7:395–398. doi:10.1038/nphys1925
Linke H, Alemán B, Melling L et al (2006) Self-propelled Leidenfrost droplets. Phys Rev Lett 96:2–5. doi:10.1103/PhysRevLett.96.154502
Marin AG, del Cerro DA (2012) Capillary droplets on Leidenfrost micro-ratchets. Phys Fluids 24:122001
Nayak BK, Gupta MC, Kolasinski KW (2007) Formation of nano-textured conical microstructures in titanium metal surface by femtosecond laser irradiation. Appl Phys A 90:399–402. doi:10.1007/s00339-007-4349-2
Ok JT, Lopez-Oña E, Nikitopoulos DE et al (2010) Propulsion of droplets on micro- and sub-micron ratchet surfaces in the Leidenfrost temperature regime. Microfluid Nanofluidics 10:1045–1054. doi:10.1007/s10404-010-0733-x
Piroird K, Clanet C, Quéré D (2012) Magnetic control of Leidenfrost drops. Phys Rev E 85:10–13. doi:10.1103/PhysRevE.85.056311
Tsibidis GD, Stratakis E, Loukakos PA, Fotakis C (2013) Controlled ultrashort-pulse laser-induced ripple formation on semiconductors. Appl Phys A 114:57–68
Vorobyev AY, Guo C (2013) Direct femtosecond laser surface nano/microstructuring and its applications. Laser Photonics Rev 7:385–407. doi:10.1002/lpor.201200017
Zuhlke CA, Anderson TP, Alexander DR (2013a) Formation of multiscale surface structures on nickel via above surface growth and below surface growth mechanisms using femtosecond laser pulses. Opt Express 21:8460–8473
Zuhlke CA, Anderson TP, Alexander DR (2013b) Comparison of the structural and chemical composition of two unique micro/nanostructures produced by femtosecond laser interactions on nickel. Appl Phys Lett 103:121603. doi:10.1063/1.4821452