爆炸沸腾是纳米级液体膜在皮秒内发生的一种瞬态相变现象。随着微电子冷却等新技术的发展，爆炸沸腾已成为相变沸腾的重要环节，引起了人们的广泛关注的微尺度传热阶段。然而，由于空间和时间尺度的超小，传统的可视化实验不适合追踪爆炸沸腾过程中的混沌气泡动力学。

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International Journal of Thermal Sciences上发表了高温纳米柱阵列表面上处于 Wenzel 或 Cassie 状态的氩纳米膜的爆炸沸腾，论文题目为“Explosive boiling of argon nanofilms in the Wenzel or Cassie state on high-temperature nanopillar-arrayed surfaces”。在这项工作中，通过分子动力学 (MD) 模拟研究了金纳米柱阵列表面上处于 Wenzel 或 Cassie 状态的液态氩纳米膜的相变行为。

【论文概述】

在这项工作中，通过分子动力学 (MD) 模拟研究了纳米柱阵列表面上处于 Wenzel 或 Cassie 状态的液态氩纳米膜的相变行为。结果表明，4.0 和7.0 nm 厚度的氩薄膜比1.5 nm 厚度的氩薄膜具有更低的爆炸沸腾起始温度。在相同的壁温（190 K）和的薄膜厚（4.0nm）下，仅在Cassie态的薄膜中观察到蒸发现象，而在Wenzel态的薄膜中观察到爆炸性沸腾，表明Wenzel态的起始温度较低。该纳米柱高度对爆炸沸腾的发生有明显的影响。在本征接触角为35°的纳米柱排列表面上，液膜始终处于Wenzel态，对于2.040 nm的纳米柱高度较大的表面，长时间发生爆炸沸腾，这主要是因为较多能量发生在Wenzel-to-Cassie 润湿过渡阶段。在固有接触角为101° 的纳米柱阵列表面上，对于 1.224 nm 的较小纳米柱高度，薄膜最初处于Wenzel 状态；然而，当纳米柱高度为 2.040 nm 时，它们会转变为 Cassie 状态，从而导致长时间的爆炸沸腾。

（1.5、4.0和 7.0 nm 氩纳米膜的纳米柱上方指定区域中的氩原子数）

（不同固有润湿性的纳米阵列表面上4.0 nm液体膜的相图 (a) θ= 35◦，(b) 70◦，(c) 102◦，(d) 130◦）

（不同润湿性纳米阵列表面Wenzel态和Cassie态液体薄膜的Kapitza热阻随时间的变化）

（纳米柱高度分别为1.224和2.040 nm，纳米柱宽度恒定为2.448 nm的亲疏水和疏水表面上薄膜坍塌和悬浮时各层平均温度的演化）

（(a)本质亲水性表面和(b)本质疏水性表面上的折叠和悬浮薄膜在t = 1000 ps时沿z方向的数密度分布。纳米柱高度分别为1.224 nm和2.040 nm，纳米柱宽度为2.448 nm）

基金资助: 本研究由国家自然科学基金重点项目(No. 51936004)、国家自然科学基金重大项目(No. 52090062)和中央高校基本科研业务费专项资金(No. 2020MS063)资助。

撰稿人：张本熙