O impacto de gotas em superfícies sólidas é um fenômeno comum em cenários naturais e industriais. O tempo de contato sólido/líquido durante a colisão é um dos fatores-chave que determinam a massa, o ímpeto e a eficiência da transferência de energia entre as duas fases do líquido sólido. Reduzir o tempo de contato sólido/líquido e fazer com que as gotas se separem rapidamente da superfície sólida tem sido um desafio em cenários de aplicações como coleta de energia, gerenciamento térmico e proteção contra gelo. Para reduzir ainda mais o tempo de contacto, os pesquisadores projetaram várias superfícies de gradiente, estratégias que muitas vezes exigem uma regulação precisa do ponto de colisão das gotas ou estão limitadas a intervalos mais estreitos de velocidade de colisão das gotas.

Em relação às questões acima mencionadas, recentementeWang da Universidade Politécnica de Hong Kong inaugura equipe de professoresUma superfície de duplo gradiente foi projetada para que as gotas que colidiram nessa superfície alternem automaticamente para o modo de rebote das gotas correspondente a diferentes velocidades de colisão. Esse salto de gota de comutação adaptativa evita a necessidade de manipulação do ponto de colisão das gotas e permite a rápida separação das gotas dentro de uma gama maior de velocidades de colisão das gotas. O conteúdo da pesquisa é "Autoadaptável gota saltando em uma superfície dupla gradientePublicado na revista Small, o estudante de doutorado de Hong Kong City University Wu Chenyang foi o primeiro autor.

O estudo projetou uma superfície com uma estrutura de gradiente duplo, como mostrado na Figura 1. Membros da equipa utilizamNanoArch da empresa de precisão ® Impressora 3D nanométrica S140 para fabricação de matrizes de microagulhas de nível de mícronsA base da microagulha é de 300 μm, o comprimento é de 800 μm e a distância da microagulha é de 300 μm, mostrando uma boa forma e distribuição da matriz na imagem SEM.

A primeira estrutura de gradiente dessa superfície de duplo gradiente é composta por ilhas protuberantes contínuas, com curvatura asimétrica lateral que facilita a expansão asimétrica das gotas e acelera o rebote das gotas. O segundo gradiente é composto por uma matriz de microagulhas microconicas com um espaço de cone que se estreita gradualmente na direção vertical, permitindo que as gotas armazenem energia capilar suficiente durante a descida e realizem uma rápida conversão de energia cinética-capilar.

Experimentalmente, as gotas que colidiram nessa superfície apresentam um padrão de rebote asimétrico a uma velocidade de colisão mais baixa (número de Weber inferior a 9,7), com o tempo de contato com o líquido sólido reduzido para 13,2 ms; a mudança para o padrão de rebote em forma de bolo a uma velocidade de colisão mais alta (número de Weber superior a 9,7) reduz ainda mais o tempo de contato com o líquido sólido para 4,5 ms. Análises experimentais e teóricas mostram que a adaptabilidade desse padrão de rebote é causada conjuntamente pela competição entre a pressão capilar e a pressão dinâmica da água, bem como pela redistribuição da energia durante a expansão das gotas no nível.

Em comparação com outras estratégias relatadas anteriormente, a superfície em gradiente duplo projetada neste trabalho combina as vantagens do salto asimétrico e do salto em forma de torta e, sem necessidade de controle preciso do ponto de colisão das gotas, permite uma rápida separação eficaz das gotas dentro de um intervalo maior de números de Weber, fornecendo novas ideias para a rápida separação das gotas.

Link original:

https://doi.org/10.1002/smll.202304635

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