近些年来，随着新材料和微纳加工技术的发展，人们在自然界的启发下制备出各种各样的微结构表面和仿生表面。例如，受荷叶表面结构的启发，在固体表面加工微结构可制成超疏水表面，使接触角超过150º，甚至达到170º，液滴撞击极易发生反弹现象。液滴的反弹现象推动了自清洁、防结冰、防结露和防腐蚀等高新技术的变革，成为当前国际学术前沿和热点。迄今为止，诸多学者主要关注单液滴撞击超疏水表面反弹动力学的研究。然而，实际应用中超疏水表面大多置于多液滴撞击的动态条件下。不同于单液滴，多液滴间相互合并行为势必对反弹产生重要影响。然而，合并过程对多液滴反弹动力学和接触时间的作用机理还未被揭示，多液滴反弹动力学过程尚未明晰。

基于上述问题，华北电力大学工程热物理研究中心王欣同学作为第一作者，王晓东教授作为通讯作者，在化学工程领域国际期刊AIChE  Journal上发表两液滴同时撞击超疏水表面反弹动力学的论文，论文题目为“Rebound dynamics of two droplets simultaneously impacting a flat superhydrophobic surface”。该项工作系统研究了撞击Weber数和液滴间距对多液滴反弹的影响规律，从而构建了多液滴接触时间相图。同时，揭示了液滴间合并过程对反弹动力学的作用机理。

【论文概述】

基于格子玻尔兹曼方法，论文建立两液滴撞击超疏水表面反弹的三维数值计算模型，采用多重弛豫时间(MRT)碰撞算子解决了密度比的限制和物理结果对粘度的依赖，保证了数值稳定性。通过与实验结果对比，该模型稳定可靠。论文探究了在高、中、低Weber数下，液滴间距对反弹特性和接触时间的影响。

（图为两液滴同时同速撞击超疏水表面物理模型示意图）

（图为数值模拟的两液滴合并反弹过程与实验的比较）

（图为不同Weber数和间距下，两液滴撞击超疏水表面反弹模式和接触时间相图）

论文得出以下结论：⑴ 发现改变间距时，两液滴撞击超疏水表面后呈三种反弹机制：完全合并反弹机制，部分合并反弹机制，未合并反弹机制。随着撞击Weber数的降低，改变间距时，两液滴反弹机制由三种减少为两种，甚至一种。⑵ 与完全合并反弹和未合并反弹两种机制相比，部分合并反弹机制时，两液滴接触时间较小，甚至小于相同撞击条件下单液滴的接触时间。⑶ 揭示了液脊和液桥是影响液滴间合并行为的根本，进而决定了两液滴的反弹机制。

论文得到了国家自然科学基金（51936004）、国家杰出青年科学基金（51525602）、国家自然科学基金创新研究群体科学基金（51821004）和中央高校基础科研项目（2020MS060）资助。

撰稿人：王欣