复合湿润表面用来提升冷凝换热效率。降低亲水点尺寸可以减少冷凝液滴的粘附提高液滴的脱离能力。通常，成核的尺度在纳米量级，大多数亲疏水复合表面上亲水点尺寸远大于此量级，降低亲水点尺寸至成核尺度时，亲水点是否仍然有效？

基于上述问题，华北电力大学工程热物理研究中心王子杰同学作为第一作者，王绍宇同学作为第二作者，王晓东教授及李笃中教授作为通讯作者，在期刊International journal of heat and mass transfer上发表表面亲水点对蒸汽成核及液滴生长为主题的论文，论文题目为“Water vapor condensation on substrates with nanoscale hydrophilic spots: A molecular dynamics study”。该项工作首先研究了亲水点大小对成核及液滴生长的影响；其次，发现了当表面存在多个成核点时，纳米液滴的相互作用会抑制单个液滴的生长；此外，发现了亲水点边界存在边缘效应，这一效应导致较小尺寸的亲水点吸引水分子能力减弱。

【论文概述】

基于分子动力学模拟，论文首先探究了亲水点大小如何影响成核及液滴生长，发现随着亲水点尺寸的增大，成核时间减少，同时液滴的生长速率增大。此外，模拟也证实液滴的生长满足N3/2~t和A~t关系。

（图为液滴尺寸随时间的变化（左）、液滴面积随时间的变化（右））

当表面存在多个亲水点时，虽然成核点增多使整体冷凝速率增大，但单个液滴的生长受到抑制作用。

（表面亲水点增多抑制了单个液滴的生长）

亲水区域相较疏水区域吸引水分子能力较强，但是在亲水点边界存在明显的边界效应：亲水原子对水的亲和力会被周围疏水原子削弱，进而亲水点的边界吸引水分子能力降低。当亲水点尺寸较大时，此边缘效应可被忽略，但当亲水点尺寸在1个纳米左右时，亲水点完全失效。这一现象也随即解释了在二元掺杂工作中（International Journal of Heat and Mass Transfer, 2022, 184: 12281.）掺杂比例较低导致的零星分散的亲水原子为何无法增强冷凝换热这一现象。

（亲水点边界存在边缘效应）

论文得到了国家自然科学基金创新研究群体科学基金（51821004）和国家自然科学基金（51936004）的资助。