【摘 要】
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表面浸润是表面科学研究中的核心问题,尤其是液滴在不同表面微结构上内部的浸润状态对纳米摩擦发电、仿生材料制备、微流控装置制造等领域有着重要影响。在本文中,采用计算流体力学模拟手段,系统研究了具有一级表面微结构、二级表面微结构的四种模型对各自表面液滴的浸润状态、铺展长度、表观接触角等行为的调控,探索其规律,并建立阐述了相关浸润理论模型。具体研究内容包括:（1）通过模拟发现液滴在表面上的浸润会出现多种浸
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表面浸润是表面科学研究中的核心问题,尤其是液滴在不同表面微结构上内部的浸润状态对纳米摩擦发电、仿生材料制备、微流控装置制造等领域有着重要影响。在本文中,采用计算流体力学模拟手段,系统研究了具有一级表面微结构、二级表面微结构的四种模型对各自表面液滴的浸润状态、铺展长度、表观接触角等行为的调控,探索其规律,并建立阐述了相关浸润理论模型。具体研究内容包括:（1）通过模拟发现液滴在表面上的浸润会出现多种浸润状态共存的情况,一级表面微结构上的液滴会出现Cassie、Transition、Wenzel三种状态。二级表面微结构上的液滴可能出现Cassie、IFUV、IMNTH、Presence of bubble、Wenzel五种状态。弧形柱微结构会使得液滴更难实现Wenzel状态,更容易实现Cassie状态,拥有更大范围的Transition状态。二级结构的加入使得液滴在表面上更难实现Wenzel状态。（2）液滴的表观接触角和铺展运动受微结构形貌及浸润状态的影响。液滴在表面上越趋向于Wenzel状态浸润长度随速度变化越大,越趋向于Cassie状态浸润长度随速度变化越小。液滴在表面上处于Cassie状态时动态铺展收缩震荡越明显。相同条件下液滴在弧形柱上比方形柱上拥有更大的最大铺展因子,随二级结构的增加最大铺展因子减小。相较于方形结构,弧形柱微结构上液滴的表观接触角小,随着二级结构的加入,液滴将获得更大的表观接触角。粗糙表面上液滴的接触角与理想方程预测值存在差距。（3）单组微结构缝隙间的不同浸润状态与气液界面上的受力有关,当＞(（2）＞时液相处于Cassie状态,(（2）＞＞时液相处于Transition状态,(（2）＞＞时液相处于Wenzel状态。表面微结构上多种浸润状态的共存与液滴撞击表面时液相密度、压力场、速度场的变化有关。微结构的形貌及微结构上二级结构的数量对表面上液滴的浸润状态、表观接触角及其动态铺展过程有着重要影响。四种微结构模型上液滴的浸润模拟结果可为表面自清洁、液滴浸润性调控等领域提供帮助。
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