近日，中国科大苏州高等研究院朱忠鹏特任研究员团队在超亲液界面液滴撞击行为研究领域取得重要进展，研究成果以“Ultrafast Impact Superspreading on Superamphiphilic Silicon Surfaces for Effective Thermal Management”为题发表在美国化学学会杂志Journal of the American Chemical Society（JACS）上。

喷雾冷却是一种均匀高效的散热方法，主要基于冷却剂微液滴撞击热表面，借助液体蒸发相变实现高效散热，在电子制造、金属冶炼、汽车制造和火力发电等领域都具备巨大应用价值。但是液滴撞击过程中通常存在飞溅和回缩的问题，限制了喷雾冷却过程中界面散热的均匀性，同时也影响散热效率。通过调节界面浸润性，实现可控的液滴撞击铺展行为，有望解决这一问题。前期围绕液滴撞击行为的研究主要聚焦于亲水、疏水和超疏水界面，由于较低的固液相互作用，这些表面上液滴普遍呈现出飞溅和回缩的动力学行为。

本研究报导了水滴在超双亲硅片表面上有效抑制液滴飞溅及回缩的超快撞击铺展行为（超铺展时间仅约3.0 ms），并揭示了铺展过程中前驱膜的存在。进一步研究发现，水滴铺展边缘的前驱膜主要由纳米尺度的亲/疏水畴区诱导产生，前驱膜的存在有效提高了铺展边缘的液体通量，抑制了铺展过程中的飞溅行为；另一方面，前驱膜的存在也降低了铺展边缘处水平拉普拉斯压力，因此液滴铺展到最大面积时收缩力也进一步降低，从而有效抑制液滴回缩。利用液滴在超双亲硅片表面的撞击超铺展行为，喷雾冷却过程中蒸发散热的均匀性与散热效率得到明显提升，同时可控的液滴撞击超铺展行为在减少农药浪费、提高喷墨打印精确度、以及滴涂法制造功能薄膜等领域也十分重要。

 水滴撞击超铺展过程示意图

本工作由中国科学技术大学苏州高等研究院特任研究员朱忠鹏、中国科学院理化技术研究所田野研究员及江雷院士等人合作完成。朱忠鹏特任研究员为本文的第一作者，田野研究员为本文的通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c01394