当液滴在固体表面上扩散时发生动态润湿，这在许多实际应用中具有重要意义，例如喷墨打印、表面涂层、沸腾和冷凝。两种经典模型，流体动力学 (HD) 模型和分子动力学理论 (MKT) 模型，已被提出来解释液滴在固体表面上的扩散动力学。

随着表面制造技术的发展，具有纳米/微结构的各种纹理表面被广泛用于操纵液滴的动态润湿行为。在这样的表面上，液滴可以悬浮在或塌陷成纳米/微结构，形成 Cassie 或 Wenzel 状态。由于宏观液滴的尺寸比纳米/微结构的特征尺寸大几个数量级，因此纳米/微结构仅改变表面润湿性。然而，对于纳米液滴，液滴尺寸与纳米结构的特征尺寸相当，因此纳米结构不仅改变了表面润湿性，而且可能导致钉扎效应显着增强。

基于上述问题，华北电力大学工程热物理研究中心张本熙博士作为第一作者，王晓东教授作为通讯作者，在化学领域的国际期刊Journal of Molecular Liquids上发表了在电场存在条件下水纳米液滴在纳米结构表面上的动态扩散，论文题目为“Dynamic spreading of a water nanodroplet on a nanostructured surface in the presence of an electric field”。 通过MD 模拟研究在垂直电场存在下纳米液滴在纳米结构表面上润湿的静力学和动力学。在模拟中改变了表面的场强、场方向和固有润湿性，以揭示电润湿性、电拉伸和钉扎的影响。

【论文概述】

实施分子动力学模拟以研究在存在垂直电场的情况下纳米结构表面上的水纳米液滴润湿的静力学和动力学。结果表明，电场引起电拉伸、电润湿性、固液界面张力的改变和三重线的钉扎，它们共同影响纳米液滴的扩散指数和静态接触角。在向上的电场作用下，扩散总是受阻，静态接触角随着场强的增加而单调增加。有趣的是，在向下的电场作用下，随着场强的增加，扩散先受阻后促进，导致静态接触角先增大后减小。发现固液界面张力的增加和钉扎的增强是在低场强下两种电场的扩散速度减慢和静态接触角增加的两种主要机制。在向上电场下的高场强下观察到相同的趋势；然而，在向下的电场下正好发生相反的趋势，导致在高场强下扩散加速和静态接触角减小。此外，发现表面固有润湿性的增强可以抑制氢键的断裂，从而降低固液界面张力并加速扩散。

（模拟系统的初始配置。金原子是黄色的，氧原子是蓝色的，氢原子是粉红色的。）

（在向下电场存在下，纳米结构表面上水纳米液滴扩散半径的演化）

（在存在向下电场的情况下，纳米结构表面上纳米水滴的形态演变： (a) E = -0.03 V Å -1；(b) E = -0.07 V Å -1；(c) E = -0.09 V Å -1）

（在向上或向下的电场存在时，静态接触角作为场强的函数）

（在向下电场存在下，z方向上水分子的数量密度。）

（纳米结构表面上的水纳米液滴在向上电场存在下的形态演化: (a) E = 0.03 V Å-1 ; (b) E = 0.05 V Å-1 ; (c) E = 0.07 V Å-1 ; and (d) E = 0.09 V Å-1）

（在E = -0.05 V Å -1的向下电场存在下，具有各种固有润湿性的纳米结构表面上固液界面附近每个水分子的平均氢键数）

（在E = -0.05 V Å -1存在向下电场的情况下，水纳米液滴在具有各种固有润湿性的纳米结构表面上的扩散半径的演变）

基金资助:国家自然科学基金重点项目(No. 51936004);国家自然科学基金；创新研究群体科学基金项目(No. 51821004);中央高校基本科研业务费专项资金(No. 2020MS063)。

撰稿人：张本熙