麻省理工学院 水滴落在一个特殊准备的表面，上面有微小的环形图案，呈碗状向上飞溅，如图所示，而不是扩散到表面，从而最大限度地减少水与表面的接触
信用:Kripa Varanasi 在许多情况下，工程师希望尽量减少水滴或其他液体与它们所落表面的接触
无论目标是防止冰在飞机机翼或风力涡轮机叶片上堆积，还是防止降雨过程中表面热量损失，还是防止暴露在海洋喷雾中的表面积盐，使水滴尽可能快地反弹并最大限度地减少与表面的接触量，都是保持系统正常运行的关键
现在，麻省理工学院研究人员的一项研究展示了一种新的方法来最小化液滴和表面之间的接触
虽然以前的尝试，包括同组成员的尝试，都集中在最小化液滴与表面接触的时间上，但新的方法侧重于接触的空间范围，试图最小化液滴在反弹之前扩散的距离
麻省理工学院研究生亨利-路易斯·吉拉德、博士后丹·索托和机械工程教授克里帕·瓦拉纳西在《纳米科技》杂志的一篇论文中描述了新的发现
他们解释说，这一过程的关键是在材料表面形成一系列凸起的环形，这使得下落的水滴以碗状模式向上飞溅，而不是在表面平坦地流出
这项工作是瓦拉纳西和他的团队早期项目的后续，在该项目中，他们能够通过在表面上形成凸起的脊来减少液滴在表面上的接触时间，这破坏了撞击液滴的扩散模式
但是新的工作做得更远，在接触时间和液滴接触面积的组合上实现了更大的减少
例如，为了防止飞机机翼结冰，让撞击的水滴在比水结冰更短的时间内弹开是至关重要的
早期的脊状表面确实成功地减少了接触时间，但瓦拉纳西说，“从那以后，我们发现这里还有另一件事在起作用，”那就是在反弹和反弹之前，水滴扩散了多远
瓦拉纳西说:“减小撞击液滴的接触面积也会对相互作用的传递特性产生巨大的影响。”
该团队启动了一系列实验，证明覆盖表面的大小合适的凸起环会导致水从撞击液滴中向上飞溅，形成碗状飞溅，向上飞溅的角度可以通过调整这些环的高度和轮廓来控制
如果与液滴的大小相比，环太大或太小，系统就会变得不那么有效或根本不起作用，但当尺寸合适时，效果是显著的
事实证明，仅仅减少接触时间不足以实现接触的最大减少；关键是接触的时间和区域的结合
在一个轴上的接触时间和另一个轴上的接触面积的图表中，真正重要的是曲线下的总面积——也就是说，时间和接触程度的乘积
吉拉德说，在以前的研究中，扩散的区域是“另一个没有人接触过的轴”
“当我们开始这样做的时候，我们看到了一个激烈的反应，”将液滴的总接触时间和接触面积减少了90%
瓦拉纳西说:“通过形成‘水鸮’来减少接触面积的想法，比单独减少接触时间对减少整体互动的影响要大得多。”
当水滴开始在凸起的圆内散开时，一旦它到达圆的边缘，它就开始偏转
“它的动量被向上改变方向，”吉拉德说，尽管它最终会向外扩散，但它不再在表面上，因此不会冷却表面，或导致结冰，或堵塞“防水”织物上的孔隙
研究人员说，戒指本身可以用不同的方式和不同的材料制成——重要的只是尺寸和间距
在一些测试中，他们使用了印刷在基底上的三维圆环，而在另一些测试中，他们使用了一个带有图案的表面，该图案是通过类似于微芯片制造中使用的蚀刻工艺制作的
其他环是通过计算机控制的塑料铣削制成的
虽然较高速度的液滴撞击通常会对表面造成更大的损害，但在这种系统中，较高的速度实际上提高了重定向的效率，比较低速度时清除了更多的液体
吉拉德说，对于实际应用来说，这是个好消息，例如在处理速度相对较高的降雨时
“事实上，越快越好，”他说
研究人员说，除了防止机翼结冰，新系统还可以有多种应用
吉拉德说，例如，“防水”织物会变得饱和，当水充满纤维之间的空间时，织物会开始渗漏，但当用表面环处理时，织物保持排水能力的时间更长，整体性能更好
“使用环形结构有50%的改进，”他说
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