华北电力大学工程热物理研究中心王晓东教授与香港城市大学机械工程系李笃中教授合作开展了液滴撞击固体表面的研究，探究了超疏水表面上纳米液滴撞击动力学行为。研究成果发表在期刊Physics of Fluids上，论文标题为“Retraction and bouncing dynamics of nanodroplets upon impact on superhydrophobic surfaces”，其中论文第一作者为王一峰同学，第二作者为王一博老师，第三作者为张聪磊同学，第四作者为何鑫同学，王晓东教授、郑少飞副教授共同作为通讯作者。

液滴撞击固体表面的行为广泛存在于自然界和工程应用之中，研究其动力学具有重要意义。其中，超疏水表面上液滴的回缩和反弹是两种典型的动力学产出，然而，这两种产出的特征参数与撞击条件之间的依变关系以及这两种特征参数之间的联系仍不清楚。因此本文研究了纳米液滴在超疏水表面上的回缩和反弹动力学行为。

【论文概述】

这项工作通过分子动力学模拟研究了低粘度纳米液滴在超疏水表面的回缩和反弹动力学，旨在揭示回缩和反弹速度的标度关系，并建立它们之间的关系。发现回缩速度Vre标度为Vre~Dmax/τc,n，其中，Dmax是最大扩散直径，τc,n=(D0/V0)We1/2Oh1/3是惯性-毛细-粘性时间，We和Oh分别是Weber数和Ohnesorge数。液滴反弹源于纳米液滴的回缩边缘在其中心的碰撞，导致反弹速度与回缩速度成正比。将Vre~Dmax/τc,n的关系与Dmax~We1/2Oh1/3D0的标度关系结合起来，可以得到回缩和反弹速度随着撞击速度的变化关系，这表明低粘度纳米液滴在超疏水表面的回缩和反弹速度都只取决于撞击速度。能量分析表明，最大铺展状态下的表面能（Es,max）与初始动能（Ek,ini）的比例遵循Es,max/Ek,ini~Oh2/3，而反弹动能（Ek,b）与最大铺展状态下的表面能的比例遵循Ek,b/Es,max~Oh-2/3，从而导致低粘度纳米液滴撞击超疏水表面时，Ek,b/Ek,ini恒定，恢复系数也恒定。

图1 当We=74时，直径为10 nm的液滴撞击超疏水表面的快照

图2 不同直径液滴撞击超疏水表面恢复系数的结果

论文得到了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)的支持。