进行过冷液滴实验以设计和设计超疏水防冰表面

过冷液滴通常会冻结在自然界的表面上，并对可能对技术效率和可靠性产生不利影响的行业产生广泛影响。因此，超疏水表面是一种材料工程解决方案，可以快速排水并减少冰的粘附，从而形成有希望的抗结冰候选材料。

然而，过冷液滴冻结的影响及其对液滴-基底相互作用的影响以及由此产生的跨疏冰表面的应用仍有待在物理学和材料工程中进行探索。

在《自然物理学》的一份新报告中，HenryLambley和瑞士苏黎世联邦理工学院的机械和加工工程研究团队研究了停留在纹理表面上的冷冻过冷液滴。他们通过排空周围的大气来诱导结冰，并确定促进结冰所需的表面特性。

该团队通过平衡抗湿表面力与冻结现象触发的力来探索这些结果，以证明合理设计的纹理可以促进冰的排出。此外，他们还考虑了在大气压和零度以下温度下冷冻的互补过程，以观察自下而上的冰扩散。通过这种方式，Lambley及其同事组装了一个合理的框架来研究过冷液滴的冰粘附，以设计和开发高效的防冰表面，用于生命科学和加工业的广泛应用。

为航空、基础设施和电力传输开发超疏水表面

表面上的液滴冻结在自然界中很常见，有效地影响了运输、建筑和发电行业。在实验室和实践中产生抗冰性的现有方法是资源密集型的，依赖于化学品或高能耗。因此，研究人员的目标是创造疏冰表面，以延迟可持续工业应用的冻结，同时为已经形成的冰提供低粘附表面。为此，他们探索了液滴冻结的物理学;快速再辉光的两步过程，即物质冷却过程中温度暂时升高，然后缓慢结晶。

过程中释放的潜热可导致爆炸性汽化和悬浮、霜晕形成和梯级冻结现象。此外，结晶过程中的体积膨胀会导致液滴自剥离和崩解。在这项工作中，研究人员研究了在广泛的温度和压力范围内超冷液滴在超疏水表面上的冻结行为。这些成果为航空、民用基础设施和电力传输行业设计坚固的防冰表面提供了蓝图。

了解超疏水表面上水滴冻结的动力学

在实验过程中，该团队通过软光刻在聚二甲基硅氧烷表面(一种有机硅前体聚合物)上设计了透明圆柱形微柱状纹理的规则阵列。此后，他们通过将来自Cassie-Baxter润湿状态的小体积水滴暴露在干燥、低压的环境中，在环境温度的环境室中开始冷冻。研究期间采用的冷却方法有利于自由表面的成核。

在研究期间，科学家们专注于剖析液滴冻结过程的内在特征。首先，他们观察了沉积在超疏水聚合物微柱表面上的再降温过冷水滴的进展;每个序列都表现出相似性。然而，从自由表面的成核和液滴自变形开始，该现象产生了三种结果。

该团队将第一个结果称为“穿刺”，其中液滴向下压缩以从Cassie-Baxter润湿过渡到Wenzel润湿。其他过程显示出“排出行为”，因为液滴从表面升起，留下干净的基板。在最后的观察过程中，液滴在再辉光过程中保持静止，并由于冰雪形成而在液滴-空气界面处散射消失。然而，随着结晶，该团队注意到所有三个过程的体积膨胀到纹理中。

研究冷冻的影响

科学家们研究了改变表面纹理对冷冻结果的影响，并探索了液滴形成过程中开始的成核角度。结果表明，在再辉光过程中，成核诱导的液滴对称性破缺促成了冻结机制。现有研究还表明，在再辉光过程中，液滴的蒸发率是如何显着增加的。

为了进一步分析压力测量和液滴蒸发建模，包括对蒸汽传输的动力学和扩散阻力，该团队使用了微型压力传感器。他们还研究了液滴与基板之间相互作用的粘附力和毛细管力。该团队通过在不同的聚合物基底上进行冷冻实验，证明了所提出的建模系统的有效性和观察到的方法的稳健性。

外表

通过这种方式，物理学家HenryLambley及其同事观察了低压条件下水滴在超疏水表面冻结的三种结果。他们研究了再辉光过程中液滴背后的驱动力和阻力，从而确定了一种设计纹理和实现稳健液滴排出的方法，他们通过分层表面的概念验证实验证明了这一点。该团队揭示了表面防冰机制，需要一定程度的过冷来证明这种现象。

该成果在材料工程中具有广泛的应用，可促进航空、交通、能源和基础设施等行业在各种环境压力和温度条件下开发疏冰表面。