Dual Pathways of Air Cavity Evolution during Droplet Impact on Superhydrophobic Nanoporous Surfaces

材料科学 纳米孔 曲面(拓扑) 对偶(语法数字) 纳米技术 复合材料 光电子学 表面改性 化学工程 空气水
作者
Mi Zhou,Yujun Lin,Zhanli Geng,Feiyang Zhang,Limin Zhou,Yue Shen,Lijuan Zhang,Wei Ding,Elmar Bonaccurso,Longquan Chen,Thomas Wallmersperger,Binyu Zhao,Günter K. Auernhammer
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:136 (11): 114001-114001
标识
DOI:10.1103/1wt7-hf7l
摘要

The impact of a liquid droplet on a solid surface generates a cylindrical air cavity along the droplet's central axis and entraps a thin air film underneath, with a liquid film potentially sandwiched in between. We observe that the air cavity produced by impacting a water droplet on superhydrophobic nanoporous surfaces evolves via two distinct pathways within a narrow Weber number range (We≈2-5): bulk-bubble entrapment or air-cushion development. Ultrafast synchrotron x-ray imaging reveals three air-cavity pinch-off mechanisms: (i) inertia-dominated axial implosion due to rapid droplet recoiling, (ii) capillary-wave-driven necking triggered by liquid film rupture, and (iii) hybrid pinch-off. We demonstrate that the stability of the sandwiched liquid film critically determines the pathway selection. Whereas intact liquid films enable isolation of the air cavity and air film, leading to bulk-bubble entrapment, submillisecond liquid film rupture (≲0.5 ms) redirects the air-cavity pinch-off dynamics, developing an air cushion underneath the droplet.
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