准晶微结构表面的移动接触线问题进展
微结构表面可以改变液体的输运方向，提高输运速率。近年来，由于其前沿学术研究意义以及在能源、环境、健康等领域的巨大应用潜力，受到了科学界和工业界的广泛关注。微结构表面上的润湿动力学是一个典型的多界面、多尺度的流-固耦合问题，其基本难题是由于微结构和移动接触线相互作用，引入了新的时空尺度和更为复杂的竞争机制，这导致学术界对移动接触线的对称性控制机理及其动力学规律的认识仍然十分匮乏。近期，力学所非线性力学国家重点实验室 (LNM) 赵亚溥团队通过跨尺度润湿实验和理论相结合的方法，利用二维准晶微结构表面研究了移动接触线的对称性控制机理和动力学规律，首次发现了液滴在二维准晶微结构表面上铺展过程中，出现可重复的五重对称移动接触线，且接触线对称性可自发降低与增加(图1a)。通过系统的润湿实验分析了微结构拓扑性质、液滴性质等参数的影响，阐明了二维准晶微结构的特征尺度和自相似性调控移动接触线对称性的机制。通过标度分析，得到了移动接触线新的铺展标度律与大量实验结果相符，厘清了准晶微结构表面上液滴的黏性耗散规律(图1b)，进而揭示了准晶微结构表面的润湿动力学机理。
图1 (a) 二维准晶微结构表面液滴接触线对称性演化;(b) 液滴铺展过程的动力学规律。
以上研究成果大大提高了对移动接触线的定向调控能力，为基于液滴应用的微结构设计提供了新原则和新思路，对微流控、生物芯片等的发展和应用具有重要的指导意义。
相关成果作为封面论文发表在《软物质(Soft Matter)》上 (Chen E H, Yuan Q Z, Zhao Y P*.Topography-induced symmetry transition of droplets on quasi-periodicallypatterned surfaces. Soft Matter, 2018, 14: 6198-6205) (图2)。研究工作得到了中国科学院和国家自然科学基金委的联合支持。
图2 论文被选为《软物质》2018 年第14 期的封面。该图说明了准晶微结构表面与移动接触线的相互作用
文章链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/sm/c8sm00591e#!divAbstract
来源：中科院力学所公众号(ID：IMECH_CAS)，作者：黄先富。
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