猪笼草滑移区微纳复合结构液滴浸润程度的数值模拟

• 作者: 王立新 张硕研 闫世兴 董世运
• 来源期刊: 机械工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 仿生工程 超疏水表面 猪笼草滑移区 接触角 数值模拟
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 摩擦学
• 页码范围: 203-212
• 页数: 10页
• 分类号: TB17
• 语种: 中文
• DOI: 10.3901/JME.2022.03.203

摘要

猪笼草滑移区因具有微纳复合结构而呈现超疏水润湿特性,为超疏水表面研制提供了潜在的仿生原型,但其超疏水润湿机理仍未得到充分揭示,这源于现有技术手段不能准确获取液滴对滑移区微纳复合结构的浸润程度.构建滑移区微纳复合结构(月骨体、蜡质晶体)的三维模型,划分网格并对液滴网格单元的顶点进行受力分析;然后基于最小能量原理并采用Surface Evolver软件进行液滴对滑移区微纳复合结构浸润过程的数值模拟,获取不同浸润程度下的液滴形貌特征;基于Young-Lapalace拟合法得到液滴在滑移区表面的理论接触角,当液滴对微纳复合结构的浸润率为0.7～0.8时其值为155.0°～155.4°.为检验所构建模型的有效性,利用光学接触角测量仪测试了超纯水液滴在滑移区表面的接触角(155.1°±1.3°,n=20),这与数值模拟获取的理论接触角高度吻合,据此确定液滴对滑移区微纳复合结构的浸润率介于0.7～0.8.研究结果为液滴对超疏水微纳复合结构浸润程度的定量表征提供了可借鉴的方法,为猪笼草滑移区超疏水润湿机理的充分揭示提供理论支持,并能够促其成为仿生原型用于机械工程领域的超疏水表面研制.