作者:麻省理工学院的大卫·钱德勒
研究人员现在可以处理一个表面，让一滴汞在上面扩散，而不是聚集起来
学分:麻省理工学院 表面的润湿性——无论是水滴还是其他液体珠粒接触时向上或向外扩散——是各种商业和工业应用中的一个关键因素，例如电厂中锅炉和冷凝器的工作效率，或者工业过程中热管如何散热
长期以来，这种特性一直被认为是给定的一对液体和固体材料的固定特性，但现在麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法，即使是最不可能的材料对也能呈现出所需的润湿性
本周，麻省理工学院博士后凯尔·威尔克、陆正茂、宋永燮和机械工程教授伊芙琳·王在《美国国家科学院院刊》上发表论文，描述了这一新过程
润湿性通常与液体的表面张力性质密切相关——表面张力越高，液体越有可能在表面形成小珠，而不是散开润湿表面
水银具有异常高的表面张力，因此被认为是高度不润湿的，因此研究小组选择了这种出了名的难处理液体作为他们的演示之一
他们能够制造出一种表面，由典型的非润湿材料制成，使汞在没有化学反应的情况下扩散，这是以前从未证明过的
新的方法是基于纹理表面，不管它的成分如何，有紧密间隔的凹痕，这些凹痕有“凹入的开口”——也就是说，顶部的开口比空腔的其他部分窄，更像一个有窄嘴的罐子
这种有纹理的表面用填充所有这些空腔的液体进行预处理，在表面的这些开口中留下暴露的液体区域，这改变了表面的性质
当添加另一种液体时，根据应用，该液体可以与预加载到表面中的液体相同或不同，其对表面的响应从不润湿变为润湿
对水具有高润湿性的表面称为亲水表面，而对水不润湿的表面称为疏水表面
润湿性或非润湿性是这种行为的通用术语，与所涉及的特定液体无关
福特工程教授、麻省理工学院机械工程系主任王说，虽然之前已经证明了可重入表面的其他用途，但这项工作首次表明它们可以用来改变表面，产生“以前没有证明过的润湿状态”
威尔克说，这些发现是如此之新，以至于可能有许多真实世界的应用程序，该团队还没有想到。“这是我们开始探索时非常兴奋的事情，”他说
但是各种工业过程中的热管理很可能是第一批实际应用
水或其他工作流体在冷凝器表面扩散或无法扩散的方式会对许多涉及蒸发和冷凝的过程(包括发电厂和化学加工厂)的效率产生重大影响
威尔克说:“我们现在取了一个未润湿的表面，让它润湿。”
“人们以前做过相反的事情，拿一些湿润的东西，让它变得不湿润
“因此，这项新的工作打开了一扇大门，能够对表面材料和液体的不同组合进行近乎完全的润湿性控制
威尔克说:“我们现在可以创造出具有最可能的润湿性组合的表面。”
“我认为这肯定会打开一些我们期待探索的非常有趣的应用
" 一个有希望的领域是保护涂层
许多用于保护表面免受恶劣化学物质影响的材料是高度不润湿的氟化化合物，这可能使它们不适用于许多应用
润湿这些表面可以为这种涂层开辟许多新的潜在用途
高温热管，用于将热量从一个地方传导到另一个地方，例如用于冷却机械或电子设备，是另一个有前途的应用
“这些工作流体中有很多是液态金属，而且已知它们具有非常高的表面张力，”卢说
这极大地限制了这种流体的选择，而这种新的方法可能会打开可能的材料选择
虽然这项研究的复杂表面压痕是使用半导体制造工艺制造的，但该团队正在探索其他方法，使用3D打印或其他更容易放大到现实应用的工艺来实现相同类型的纹理
该团队还在探索这些凹口的大小和形状的变化
例如，卢说，虽然这些开口的表面积和间距主要决定了它们的润湿性行为，但它们的深度可以影响这种行为的稳定性，因为更深的孔更能抵抗蒸发，这可能会破坏润湿性的改善
“到渠道底部的距离是一个关键的尺寸，可能会影响润湿行为，”他说
这些变化正在后续工作中探索
陆说，通过使用水银，研究小组“基于这个最困难的情况选择了我们的几何图形集”，并且仍然能够证明高润湿性
“因此，对于难度较低的组合，您可以更灵活地选择可能更容易制作的几何图形
" “可能有很多行业会受益，”王说，“无论是化学加工行业、水处理行业还是热力产品行业
她说，该团队接下来将采取的步骤之一是“与这些不同的行业交谈，以确定最近的短期机会在哪里
"
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