超疏水表面是由微、纳米或微/纳米层次结构修饰的疏水表面制备而成的，由于其优异的疏水性能，已广泛应用于微流体器件的防冰、强化凝结换热、减阻等诸多技术领域。超疏水表面通常具有自清洁性能。与亲水或疏水表面相比，粉尘污染不易沉积在超疏水表面。

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Langmuir上发表了利用可逆润湿转变来清除污染的超疏水表面，论文题目为“Harnessing reversible wetting transition to sweep contaminated superhydrophobicsurfaces”。通过分子动力学模拟并解释了可逆润湿转变来清除污染的超疏水表面动力学机理。

【论文概述】

为了保持超疏水表面的良好功能，清除沉积颗粒是绝对必要的。人们提出了许多方法来扫描沉积在微/纳米结构尖端的微粒。然而，如何对超疏水表面空洞中的纳米粒子进行扫描一直是一个突出的问题。在这里，我们展示了利用可逆润湿转变提供了一种可行的方法来扫描这些纳米颗粒。通过分子动力学模拟，我们证明了电诱导的CB-W润湿转变使得液体侵入沟槽并润湿被困的亲水纳米颗粒;然而，一旦电场被移除，W-CB就会发生自发的去湿转变，挤压液体将亲水性纳米粒子输送到沟槽顶部，成功地捕获亲水性纳米粒子。我们进一步发现纳米粒子与沟槽底壁之间的粘附阻碍了纳米粒子的成功吸附，而吸附这样的纳米粒子需要更强的粒子亲水性。通过将两亲性Janus粒子引入液体，我们发现电诱导的可逆润湿转变也可以成功地捕获疏水纳米粒子。通过对平均力势(PMF)的计算，我们揭示了CB-W润湿转变和W-CB去润湿转变的途径，从而回答了亲水或疏水纳米粒子被成功捕获的原因和方法。

（模拟系统的初始配置。一个纳米级的水膜被放置在一个有纹理的金板上。在三个方向都有周期边界条件的情况下，模拟系统只包含一个矩形槽。亲水或疏水纳米颗粒沉积在凹槽底壁上，以模拟被污染的超疏水表面）

（在δ = 2.1 nm和εpar - gro = 0 eV条件下电致润湿转变的快照。亲水性纳米颗粒沉积在凹槽底壁上。(a)当h/w = 0.5时，去除表面电荷后，w - CB发生自发的去湿转变，亲水性纳米粒子被成功吸附。(b)当h/w = 1.0时，由于膜破裂，没有发生w−CB自发的去湿转变，亲水纳米颗粒没有被成功拾取）

（在δ = 2.1 nm, h/ W = 0.5， εpar−gro = 0 eV的条件下，(a) CB−W润湿转变和(b) W−CB去润湿转变的途径。亲水性纳米颗粒沉积在凹槽底壁上。）

（在δ = 2.1 nm, h/w = 0.5， εpar−gro = 0.0114 eV的条件下电致润湿转变的照片。疏水纳米颗粒沉积在凹槽底壁上。下面的数字是以ps为单位的时间。在胶片中加入了5个两亲性的Janus粒子。去除表面电荷后，W−CB发生自发的去湿转变，疏水纳米粒子被成功吸附。）

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. 51936004);2020 ms063)。

撰稿人：张本熙