Przejdź do treści

Liquid Patterning Using Droplet Impact on Textured Nonwetting Surfaces

Kontrolowanie kształtu i powierzchni obszaru kontaktu kropli z podłożem stałym podczas jej uderzenia ma istotne znaczenie w wielu procesach przemysłowych, m.in. w druku atramentowym i chłodzeniu natryskowym. W niniejszej pracy przedstawiamy nowatorskie podejście umożliwiające wyjątkowo precyzyjne kształtowanie obszaru kontaktu kropli uderzającej w niezwilżalną powierzchnię z uporządkowanym układem krzemowych mikrosłupków. Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że zwilżony obszar kontaktu, odpowiadający stanowi Wenzela, może przyjmować różne kształty wielokątów, w tym kwadratu, prostokąta, sześciokąta, ośmiokąta i dwunastokąta. Zależy to od gęstości rozmieszczenia mikrosłupków (stosunku ich średnicy do odległości między nimi), ich układu (w rzędach lub naprzemiennego) i/lub kąta zwilżania kropli. Wyniki eksperymentów pokazują, że układ mikrosłupków w rzędach sprzyja powstawaniu obszarów kontaktu w kształcie kwadratu, prostokąta lub ośmiokąta, natomiast układ naprzemienny prowadzi do powstania kształtów sześciokąta, dwunastokąta lub wydłużonego sześciokąta. W oparciu o podstawy fizyki linii kontaktu opracowaliśmy zunifikowany model analityczny o postaci jawnej, który z dużą dokładnością opisuje morfologię zwilżania przez uderzającą kroplę, zarówno w stanie ustalonym, jak i w fazie przejściowej. Ponadto wykazaliśmy, że model ten można wykorzystać do analizy mechanizmu cofania się uwięzionego pęcherzyka powietrza podczas uderzenia kropli z dużą prędkością. Wyniki badań wskazują również na podobieństwo kształtu zwilżonego obszaru powstającego w wyniku uderzenia kropli w powierzchnię niezwilżalną do kształtu obszaru powstającego podczas parowania kropli osadzonej na powierzchni zwilżalnej. Przedstawiona strategia kształtowania obszaru kontaktu ma duży potencjał zastosowania w łatwej mikrofabrykacji układów typu lab-on-a-chip, elektronice drukowanej na podłożach polimerowych, mikromacierzach biologicznych oraz systemach zarządzania ciepłem w urządzeniach elektronicznych wykorzystujących krople.

Artykuł:

ACS Applied Materials & Interfaces

Autorzy z PW:

Michał Remer

Rok wydania: