一、滴滑動的的那【導讀】

? ? ? ?微流體到傳熱等技術設計低摩擦表面，奧妙是絕非近年來仿生學研究領域中極具潛力的課題。傳統的傳統傳熱技術在高速流體中常常會面臨摩擦阻力大、能量損失多的認識問題，而微流體技術則通過調控微觀流動特性，般材實現了低摩擦表面的料牛設計。通過微流體技術，滴滑動的的那流體在微觀尺度上的奧妙流動變得更加平滑，流體與表面的絕非接觸面積減小，從而大大降低了摩擦阻力。傳統同時，認識微流體技術還可以通過調控流體的般材溫度、壓力等參數，料牛實現對傳熱過程的滴滑動的的那精確控制。這一技術的應用潛力廣泛，可以應用于各種領域，如航空航天、化工、能源等，為傳熱領域帶來全新的突破和進展。未來，微流體到傳熱等技術設計低摩擦表面有望成為傳熱領域的重要研究方向，為提高傳熱效率、降低能量消耗做出更大的貢獻。

二、【成果掠影】

? ? ? ?固體表面和水之間的摩擦在日常生活中以多種方式存在。普通窗玻璃和玫瑰花瓣等表面具有高摩擦力，導致液滴甚至粘附在垂直表面上。其他表面，如荷葉和特氟隆涂層的廚房用具，具有低摩擦力，即使在很小的傾斜角度下，液滴也可以滑落。對于自清潔、防結冰、微流體和傳熱等應用，后一種光滑特性是高度追求的。

? ? ? ?摩擦力決定了液滴是從固體表面滑落還是粘附在固體表面上，表面不均勻性是液滴接觸角滯后和接觸線摩擦力增大的主要原因。近日，芬蘭埃斯波阿爾托大學Robin Ras教授團隊，通過調節自組裝單分子膜（SAMs）的覆蓋度，水接觸角從約10°逐漸變化到110°，而對于低覆蓋度的親水性SAMs以及高覆蓋度的疏水性SAMs，接觸角滯后和接觸線摩擦都很低。基于SAM的實質性化學異質性，其特征在于基底的未涂覆區域遠超過金屬反應物探測的水分子的尺寸，因此預期它們不會光滑。根據分子動力學模擬，低覆蓋度和高覆蓋度自組裝膜的低摩擦源自于界面水分子的流動性。這些發現揭示了一種未知的和違反直覺的光滑機制，為提高液滴的流動性開辟了新的途徑。該成果以標題為：“Droplet slipperiness despite surface heterogeneity at molecular scale”，發表在Nature Chemistry上。

三、【核心創新點】

1. 系統地量化分子尺度的化學異質性如何影響CAH和液滴CLF
2. 親水性低覆蓋率SAM具有低CLF是新發現，且本文進行了分子動力學（MD）模擬以更好地理解SAM結構和液滴摩擦機制。這些發現有助于改善受益于低CLF的防水涂料的性能
3. 通過最小化納米結構超疏水表面的化學異質性來實現創紀錄的低CLF

四、【數據概覽】

圖1 通過用OTS SAM調節表面疏水性來控制CLF ?2023 The Authors

圖2 從稀疏到密集涂覆的OTS SAM? ?2023 The Authors

圖3 用金屬化合物標記SAM OH空位以探測分子長度尺度上的化學不均勻性 ?2023 The Authors

圖4 ?SAM潤濕性能 ?2023 The Authors

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圖5. MD模擬顯示SAM表面上水滴運動的不同機制。?2023 The Authors

圖6. OTS SAM涂覆的納米結構bSi表面上的CLF ?2023 The Authors

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五、【成果啟示】

? ? ? ?本文探討了分子尺度的表面異質性如何影響水接觸角滯后（CAH）和接觸線摩擦（CLF）。通過調整覆蓋的自組裝膜上生長的二氧化硅表面，導致表面具有不同程度的分子異質性。低CLF觀察到低和高覆蓋SAM與之間的較高摩擦的制度，這是符合每個覆蓋制度的異質性水平。然而，對水具有高粘附性的親水性低覆蓋度SAM仍然可以產生低CLF。根據MD模擬，界面水層沒有被完全限制，并作為液滴的潤滑層，解釋了低CLF。當SAM覆蓋率增加時，該層逐漸變得更加受限，并且潤滑效應切換到錨定效應，解釋了增加的摩擦。在高SAM覆蓋率下，錨定效應消失，因為SAM變得足夠致密以阻止水滲透通過SAM到達剩余的表面OH空位。即使高覆蓋率SAM具有比水分子的尺寸大得多的空腔，如通過與金屬反應物的反應所證明，水分子僅少量地穿過這些空腔以接觸下面的親水性基底上的OH空位，從而保持低摩擦。總之，這些發現為分子水平的異質性如何影響CAH和CLF提供了新的見解，從而有助于為從微流體到傳熱等技術設計低摩擦表面。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41557-023-01346-3